Algunos vecindarios de la Vía Láctea pueden ser más adecuados que otros para crear planetas habitables.

Un artículo de Rebecca Boyle Historia original reimpresa con permiso de Quanta Magazine, una publicación editorialmente independiente respaldada por la Fundación Simons.

Para albergar vida, al menos tal como la conocemos, un planeta debe orbitar una estrella que sea relativamente tranquila y estable. La órbita del planeta también debe ser casi circular para que el planeta experimente un calor similar durante todo el año. Y no debe estar demasiado caliente, para que el agua de la superficie no hierva; ni demasiado frío, para que el agua no se quede fijada en hielo; sino el adecuado, para que los ríos y los mares permanezcan líquidos.

Estas características definen una “zona habitable” alrededor de las estrellas, lugares tentadores a los que apuntar en la búsqueda de exoplanetas aptos para la vida. Pero los científicos someten cada vez más a toda la galaxia a un escrutinio similar. De la misma manera que los continentes con biosferas distintas albergan flora y fauna distintas, diferentes regiones de la galaxia podrían albergar diferentes poblaciones de estrellas y planetas. La turbulenta historia de la Vía Láctea significa que no todos los rincones de la galaxia son iguales y que solo algunas regiones galácticas podrían ser las adecuadas para crear planetas que creemos que podrían estar habitados.

Conforme los científicos exoplanetarios afinan sus ideas sobre dónde buscar vida extraterrestre, ahora están considerando el origen de la estrella y su vecindario, explica Jesper Nielsen, astrónomo de la Universidad de Copenhague. Nuevas simulaciones, junto con observaciones de satélites que buscan planetas y monitorean millones de estrellas, están pintando una imagen de cómo diferentes vecindarios galácticos (y tal vez incluso diferentes galaxias) forman planetas de manera diferente.

«Esto, a su vez, puede ayudarnos a comprender mejor hacia dónde apuntar nuestros telescopios», afirma Nielsen.

Geografía galáctica

Hoy, la Vía Láctea tiene una estructura complicada. Su agujero negro supermasivo central está rodeado por el «bulbo», una espesa masa de estrellas que contiene a algunos de los ciudadanos más ancianos de la galaxia. El bulbo está rodeado por el “disco delgado”, la estructura que se puede ver serpenteando sobre nuestras cabezas en una noche clara y oscura. La mayoría de las estrellas, incluido el Sol, se encuentran en los brazos en espiral del disco delgado, que están abrazados por un «disco grueso» más ancho que contiene estrellas más viejas. Y un halo difuso, mayoritariamente esférico, de materia oscura, gas caliente y algunas estrellas envuelve toda la arquitectura.

Durante al menos dos décadas, los científicos se han preguntado si las condiciones habitables varían entre esas estructuras. El primer estudio sobre la habitabilidad galáctica data de 2004, cuando los científicos australianos Charles Lineweaver, Yeshe Fenner y Brad Gibson modelaron la historia de la Vía Láctea y la utilizaron para estudiar dónde podrían encontrarse zonas habitables. Querían saber qué estrellas anfitrionas tenían suficientes elementos pesados (como carbono y hierro) para formar planetas rocosos, qué estrellas habían existido el tiempo suficiente para que evolucionara vida compleja y qué estrellas (y cualquier planeta en órbita) estaban a salvo de las supernovas vecinas. Terminaron definiendo una “zona habitable galáctica”, una región en forma de dónut con el agujero centrado en el centro de la galaxia. El límite interior de la región comienza a unos 22.000 años luz del centro galáctico y su límite exterior termina a unos 29.000 años luz.

En las dos décadas posteriores los astrónomos han intentado definir con mayor precisión las variables que controlan la evolución tanto estelar como planetaria dentro de la galaxia, explica Kevin Schlaufman, astrónomo de la Universidad Johns Hopkins. Por ejemplo, continúa, los planetas nacen en discos de polvo que rodean a estrellas recién nacidas y, en pocas palabras, si “un disco protoplanetario tiene mucho material que puede formar rocas, entonces producirá más planetas”.

Algunas regiones de la galaxia pueden estar más densamente sembradas con esos ingredientes formadores de planetas que otras, y los científicos están trabajando ahora para comprender en qué medida los vecindarios galácticos influyen en los planetas que albergan.

Aquí hay exoplanetas

Entre los aproximadamente 4.000 exoplanetas conocidos, hasta ahora existen pocas reglas que rijan qué tipos de planetas están en qué sitio; ningún sistema estelar se parece mucho al nuestro, y la mayoría de ellos ni siquiera se parecen mucho entre sí.

Nielsen y sus colegas querían saber si los planetas podrían formarse de manera diferente en el disco grueso, el disco delgado y el halo de la Vía Láctea. En general, las estrellas del disco delgado contienen más elementos pesados que las del disco grueso, lo que significa que surgieron de nubes que también podrían contener más ingredientes formadores de planetas. Utilizando datos del satélite de seguimiento de estrellas Gaia de la Agencia Espacial Europea, Nielsen y sus colegas primero separaron las estrellas en función de la abundancia de ciertos elementos. Luego simularon la formación de planetas entre esas poblaciones.

Sus simulaciones, que publicaron en octubre, mostraron que los planetas gigantes gaseosos y las supertierras (el tipo más común de exoplaneta) crecen más abundantemente en el disco delgado, probablemente porque (como se esperaba) esas estrellas tienen más material de construcción con el cual trabajar. También descubrieron que las estrellas más jóvenes con elementos más pesados tienden a albergar más planetas en general, y que los planetas gigantes son más comunes que los más pequeños. Por el contrario, los gigantes gaseosos son casi inexistentes en el disco grueso y el halo.

Schlaufman, que no participó en el trabajo, comenta que los resultados tienen sentido. La composición del polvo y el gas a partir del cual nacen las estrellas es crucial para determinar si las estrellas formarán planetas. Y aunque esa composición puede variar según la ubicación, argumenta que si bien la ubicación puede preparar el escenario para la construcción de mundos de una estrella, puede no determinar el resultado final.

Las simulaciones de Nielsen son teóricas, pero algunas observaciones recientes respaldan sus hallazgos.

En junio, un estudio que utilizó datos del telescopio espacial Kepler de la NASA, que busca planetas, encontró que las estrellas en el disco delgado de la Vía Láctea tienen más planetas, especialmente supertierras y mundos de tamaño subneptuno, que las estrellas en el disco grueso. Una explicación, apunta Jessie Christiansen, científica exoplanetaria del Instituto de Tecnología de California y coautora del estudio, es que las estrellas viejas del disco grueso pueden haber nacido cuando los ingredientes para formar planetas eran escasos, antes de que generaciones de estrellas moribundas sembrase el cosmos con los componentes básicos de los mundos. O tal vez las estrellas de disco grueso nacieron en ambientes densos y de alta radiación, donde la turbulencia impide que los planetas nacientes lleguen a fusionarse.

A los planetas les puede ir mejor en áreas abiertas, como los suburbios, en lugar de en áreas “urbanas” densamente pobladas, afirma Christiansen. Nuestro sol se encuentra en una de esas zonas suburbanas escasamente pobladas.

Otras Tierras

Los estudios de Christiansen y las simulaciones de Nielsen se encuentran entre los primeros en estudiar la ocurrencia de planetas en función del vecindario galáctico; Vedant Chandra, astrónomo del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, se está preparando para ir un paso más allá y estudiar si la formación de planetas podría haber sido diferente en algunas de las galaxias que la Vía Láctea consumió a medida que crecía. En el futuro Nielsen espera que estudios e instrumentos perfeccionados, como el próximo telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA, nos ayuden a comprender la formación de planetas de la misma manera que los demógrafos entienden las poblaciones. ¿Podemos predecir qué tipos de estrellas albergarán qué tipos de planetas? ¿Es más probable que las Tierras se formen en ciertos vecindarios? Y si sabemos dónde mirar, ¿encontraremos algo mirándonos?

Sabemos que vivimos en una zona habitable, en un mundo que orbita alrededor de una estrella tranquila. Pero cómo empezó la vida en la Tierra, y cuándo y por qué, es la pregunta más importante de todos los campos de la ciencia. Quizás los científicos también deberían pensar en la historia del origen de nuestra estrella, e incluso en la de los ancestros estelares que dieron forma a nuestro rincón de la Vía Láctea, hace miles de millones de años.

“¿Era inevitable la vida en la Tierra? ¿Fue especial?” se pregunta Chandra. «Solo una vez que empieces a tener esta imagen global… podrás empezar a responder preguntas como esa».

El artículo original, The Best Neighborhoods for Starting a Life in the Galaxy, se publicó el 24 de enero de 2024 en Quanta Magazine.

Traducido por César Tomé López