Exolunas: ¿Por qué estudiarlas? ¿Qué pueden enseñarnos sobre cómo encontrar vida más allá de la Tierra?

Universo hoy ha tenido el privilegio reciente de investigar una multitud de disciplinas científicas, incluyendo cráteres de impacto, superficies planetarias, exoplanetas, astrobiología, física solar, cometas, atmósferas planetarias, geofísica planetaria, cosmoquímica, meteoritos, radioastronomía, extremófilos, química orgánica, agujeros negros, criovulcanismo, protección planetaria, materia oscura, supernovas y estrellas de neutrones, y cómo contribuyen individual y colectivamente a nuestra mayor comprensión de nuestro lugar en el universo.

Aquí, Universo hoy analiza el creciente campo de las exolunas con Dr. David Kippingquien es profesor asistente en el Departamento de Astronomía de la Universidad de Columbia, junto con sus estudiantes de doctorado, Benjamín Cassese Es Daniel Yahalomi, sobre la importancia de estudiar las exolunas, los beneficios y desafíos, los posibles candidatos a exolunas, cómo las exolunas pueden enseñarnos cómo encontrar vida más allá de la Tierra y consejos para futuros estudiantes que quieran continuar estudiando exolunas. Entonces, ¿por qué es importante estudiar las exolunas?

El Dr. Kipping cuenta Universo hoy“Hay cuatro razones para hacer esto: 1) ¿Qué tan comunes son los mundos similares a la Tierra? Las exolunas pueden ser un factor que contribuya significativamente al censo cósmico de cuerpos habitables; 2) ¿Qué tan singular es el sistema Tierra-Luna? Se cree que la Luna jugó un papel influyente en la formación y evolución de la Tierra, por lo que cuando detectamos una Tierra gemela, naturalmente deberíamos preguntarnos si también tiene una Luna gemela”.

El Dr. Kipping continúa: “3) ¿Cuáles son los canales de formación de la luna? En el Sistema Solar, vemos al menos tres caminos: captura (por ejemplo, Tritón), impacto (por ejemplo, la Luna) y formación de discos (por ejemplo, las lunas galileanas). Nos gustaría saber si existen otros métodos y cuáles son los detalles y limitaciones de los tres métodos que conocemos; 4) Cuando señalamos HWO [Habitable Worlds Observatory] en un gemelo de la Tierra, una luna similar a la Luna sería insoluble y por lo tanto su luz se mezclaría con la del planeta y potencialmente crearía biofirmas falsas positivas. Conocer las lunas es vital para nuestro sueño a largo plazo de encontrar vida”.

Junto con la Luna de la Tierra, nuestro sistema solar está formado por más de 200 lunas, pero sólo unas pocas de ellas son objetivos de investigaciones relacionadas con la astrobiología, principalmente dos de las lunas galileanas de Júpiter. Europa Es Ganímedesy dos de las lunas de Saturno, Encelado Es Titánpero todos mostraron evidencia significativa de tener océanos internos de agua líquida. Además de descubrir si el sistema Tierra-Luna es único, las exolunas pueden enseñarnos si nuestro propio sistema solar es único, dada la amplia gama de tipos, formas y tamaños de lunas, y especialmente su formación y evolución.

Una posible razón de la singularidad Tierra-Luna se debe a la fuerzas de marea causado por los dos cuerpos tirando uno del otro, lo que mantiene el eje de la Tierra relativamente estable. Como resultado, la Tierra se tambalea ligeramente como una peonza a lo largo de 26.000 años, lo que significa que su inclinación axial sólo cambia unos pocos grados durante ese tiempo, lo que ha permitido a nuestro planeta mantener climas relativamente estables, permitiendo que la vida sobreviva. y prosperar. Esto contrasta con planetas más pequeños como Marte, que oscilan violentamente durante cientos de miles a millones de años, lo que resulta en grandes cambios en su inclinación axial entre 15 grados y 45 grados, lo que resulta en cambios en sus casquetes polares y variaciones climáticas drásticas. A modo de contexto, las inclinaciones axiales de la Tierra y Marte rondan actualmente los 25 grados. Pero dadas todas las razones que enumera el Dr. Kipping, ¿cuáles son algunos de los beneficios y desafíos de estudiar las exolunas?

«Algunos beneficios son que encontrar una luna automáticamente nos diría más sobre su planeta anfitrión», dice Cassese. Universo hoy. “Por ejemplo, podríamos decir inmediatamente que el planeta no sufrió ningún cambio dramático en su órbita debido a la dispersión con otros planetas, ya que esto probablemente habría destruido la Luna. También podemos ayudar a usar la órbita de la Luna para medir la masa. del planeta, e incluso de la estrella, aunque existen otras formas de medir ambos”.

«Las lunas son muy difíciles de detectar y realmente llevan los datos que recibimos al límite», dice Yahalomi. Universo hoy. “Ahí radica un desafío y una oportunidad. En la búsqueda de detectar las señales más pequeñas en estos conjuntos de datos, necesitamos desarrollar nuevos métodos y técnicas para un análisis de datos extremadamente preciso. Estoy trabajando en la creación de un nuevo marco analítico para estudiar el efecto gravitacional que tienen las lunas sobre sus planetas anfitriones. Estamos trabajando en métodos para diferenciar entre las oscilaciones causadas por lunas vecinas y planetas del mismo sistema estelar. Sin el objetivo de detectar lunas, probablemente no estaríamos motivados para desarrollar estas técnicas estadísticas, que luego (con suerte) podrían tener aplicaciones de mayor alcance”.

Al momento de escribir este artículo, la NASA confirmó la existencia de 5.678 exoplanetas que van desde mundos terrestres (rocosos) hasta gigantes gaseosos mucho más grandes que Júpiter. por el contrario, no se han confirmado exolunas en ningún lugar del cosmos, muy posiblemente debido a la dificultad para detectarlas, como señala Yahalomi. De los 5.678 exoplanetas confirmados, 4.193 fueron confirmados utilizando el método de tránsito que detecta caídas extremadamente pequeñas (aproximadamente el 1 por ciento) en la luz de las estrellas cuando el exoplaneta pasa frente a su estrella madre o transita por ella.

Estas caídas en la luz de las estrellas son tan pequeñas que los astrónomos necesitan varios tránsitos para confirmar su existencia. Por lo tanto, intentar detectar exolunas, que pueden ser mucho más pequeñas que el exoplaneta que orbitan, es aún más difícil. Aunque actualmente no hay exolunas confirmadas, ¿cuáles son algunas candidatas a exoluna interesantes, incluidas las candidatas a exoluna que estos investigadores han estudiado?

«Los dos candidatos que hemos anunciado son Kepler-1625 bi y Kepler 1708 bI», dijo el Dr. Universo hoy. “Ambos orbitan gigantes gaseosos a distancias relativamente grandes de su estrella, y ambos son sorprendentemente grandes, 1625b-i es aproximadamente Neptuno y 1708b-i es un mini-Neptuno. En otros aspectos, son bastante diferentes; 1708b orbita en una órbita estrecha similar a la de Europa, aparentemente coplanar con la órbita planetaria. Por el contrario, 1625b-i parece inclinado y en una órbita mucho más amplia, pareciéndose más a una luna capturada. Para 1625b-i, tenemos una masa gracias a las variaciones en el tiempo de tránsito del planeta primario y que aterriza según nuestra medición del radio obtenida del descenso de la luna frente a la estrella. Para 1708b-i, solo tenemos la caída (solo dos tránsitos); sin embargo, la tasa de falsos positivos está bien medida aquí y es de aproximadamente el 1%, lo que nos da confianza en la señal”.

Como se señaló, de las más de 200 lunas de nuestro sistema solar, sólo un puñado de ellas son actualmente objetivos de la astrobiología y la búsqueda de vida más allá de la Tierra. Incluyen dos de las lunas de Júpiter, Europa y Ganímedes, y dos de las lunas de Saturno, Encélado y Titán. Los cuatro han mostrado evidencia de tener océanos internos de agua líquida, siendo Titán el único con cuerpos líquidos en su superficie, aunque está compuesto de metano y etano líquidos en lugar de agua líquida.

Europa ha sido explorada previamente por la NASA. nave espacial galileo mientras obtienes imágenes increíbles de la pequeña superficie de la luna. Sin embargo, la agencia Nave espacial Europa Clipperque se lanzará en octubre, llevará a cabo la investigación más profunda sobre el potencial de habitabilidad de Europa cuando llegue en 2030. Realizará 50 sobrevuelos de la pequeña luna, enviando imágenes de alta resolución de su superficie mientras utiliza su conjunto de potentes instrumentos. para determinar si su océano interior de agua líquida puede albergar vida tal como la conocemos o no.

Ganímedes también fue estudiado por la sonda Galileo de la NASA, pero la sonda de la Agencia Espacial Europea Nave espacial JUICE (Explorador de las lunas heladas de Júpiter), que actualmente se encuentra en camino a Júpiter con llegada prevista para 2031, también espera realizar más investigaciones sobre el potencial de habitabilidad de Ganímedes. La NASA ha cartografiado y estudiado en profundidad las lunas Encélado y Titán de Saturno. nave espacial cassini a lo largo de su misión de 13 años estudiando Saturno y sus numerosas lunas.

Durante este tiempo, Cassini observó y voló a través de géiseres que emanaban de la región polar sur de Encelado, que indica un océano de agua líquida debajo de su corteza helada, junto con el aterrizaje de una sonda en la superficie de Titán, revelando rocas redondeadas posiblemente formadas a partir del flujo de metano o etano líquido. Además, la evidencia sugiere que Titán tiene un océano líquido interior compuesto de agua, a diferencia del metano y etano de su superficie. Dado el potencial de habitabilidad de estas lunas, ¿qué pueden enseñarnos las exolunas sobre cómo encontrar vida más allá de la Tierra?

«Hay al menos dos formas en que las lunas podrían afectar la vida en otras partes de la galaxia», dice Cassese Universo hoy. “En primer lugar, las lunas pueden influir y estabilizar a sus planetas anfitriones. [see above]. La otra es que las propias lunas podrían ser lugares fantásticos para la vida. Algunas de las mayores reservas de agua líquida de nuestro sistema solar existen en lunas como Europa, y es posible que otras lunas tengan ingredientes similares que consideramos esenciales para la vida. Si las lunas fueran tan comunes como los planetas, el espacio potencialmente habitable de la galaxia sería mucho mayor de lo que apreciamos actualmente”.

Yahalomi cuenta Universo hoy, “Por lo que sabemos actualmente sobre la formación de planetas y nuestro sistema solar, donde hay cientos de lunas, realmente debería haber exolunas alrededor de muchos de los exoplanetas que encontramos. Por lo tanto, si descubrimos que no hay exolunas, revelaría que hay algo único en nuestro sistema solar y que falta nuestra comprensión de la formación planetaria. Como actualmente solo sabemos sobre la vida en la Tierra, comprender el contexto más amplio de la demografía planetaria y, por lo tanto, comprender mejor cuán común o único es realmente nuestro Sistema Solar, podría ayudarnos a comprender la probabilidad de vida más allá de la Tierra.

Al igual que el campo de los exoplanetas, el estudio de las exolunas implica una gran cantidad de conocimientos y disciplinas científicas para descifrar grandes cantidades de datos, incluida la astrofísica, la informática, la geología planetaria, las atmósferas planetarias y la ciencia de datos, solo por nombrar algunos. Además, se necesitan instrumentos potentes como el ya mencionado Observatorio de los Mundos Habitables para detectar exolunas, dado su tamaño infinitamente pequeño en los datos. Es a través de esta colaboración constante entre científicos y el uso de instrumentos clave que permitirán a los científicos confirmar algún día la existencia de la primera exoluna en el cosmos. Entonces, ¿qué consejo pueden dar los investigadores a los futuros estudiantes que quieran seguir estudiando las exolunas?

«Es un área fascinante y de rápido crecimiento», dice el Dr. Kipping Universo hoy. “Finalmente estamos en la era en la que podemos detectar lunas similares a las del Sistema Solar utilizando JWST. Además, existe un creciente interés en descubrir lunas muy diferentes al Sistema Solar, como lunas alrededor de planetas flotantes, utilizando JWST de sistemas jóvenes en Orión (google JUMBOs, por ejemplo) o utilizando el próximo telescopio romano con técnicas de microlente. Estamos a punto de superar de manera convincente el límite de detección”.

¿Cómo nos ayudarán las exolunas a comprender mejor nuestro lugar en el universo en los años y décadas venideros? Sólo el tiempo lo dirá, ¡y por eso hacemos ciencia!

Como siempre, ¡sigue haciendo ciencia y mirando hacia arriba!