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Investigadores desarrollan nuevo modelo para establecer pre-sencia de agua líquida en lunas de exoplanetas sin estrellas

Actualmente, se sabe que un planeta que flota libremente es un objeto que orbita alrededor de un objeto masivo no estelar (por ejemplo, una enana marrón) o alrededor del Centro Galáctico. Ahora bien, la presencia de exolunas orbitando planetas que flotan libremente se ha predicho teóricamente y se ha inferido recientemente a partir de observaciones. Un equipo de investigadores de la Universidad de Concepción liderado por el académico Stefano Bovino, en colaboración con el University Observatory Munich, el Observatoire de la Côte d’Azur; European Southern Observatory, y Sophia University; ELSI, desarrollaron una simulación de lo que sucedería en una atmósfera de una luna del tamaño de la Tierra que orbita alrededor de un planeta extrasolar del tamaño de Júpiter, sin acceso a la luz solar.

Patricio Ávila, estudiante de Doctorado del Departamento de Astronomía de la Universidad de Concepción, y primer autor de la investigación, explica que “hemos hecho un modelo de lo que pasa en una atmósfera de una luna que pertenece a un planeta sin acceso a luz solar, lo que llamamos planeta errante, o en inglés «Free- floating planet» (FFP), un planeta sin estrella. Este objeto hipotético, del tamaño de la Tierra, gira alrededor de uno más masivo, del tamaño de Júpiter. Exploramos qué sucede con la química en esta atmósfera, si es posible que se forme agua líquida en la superficie de este tipo de objetos”.

Al no haber una estrella que les otorgue calor a estos objetos, alcanzan temperaturas muy bajas. En la investigación desarrollada por los científicos, se reemplazó una estrella como fuente principal de energía por otras fuentes, como el calentamiento tidal (generado por disipación del energía orbital y rotacional en el interior del planeta/luna) o el calentamiento por isótopos radioactivos (calentamiento radiogénico). También, se incluyó la interacción de la atmósfera con los rayos cósmicos, partículas altamente energéticas, que intervienen químicamente con compuestos en este tipo de ambiente.

Según explica el estudiante Patricio Ávila, la importancia de esta investigación radica en que hasta el momento sólo hay candidatos a posibles FFP y es la primera vez que se sigue la evolución química de este tipo de objetos.

Como resultado de este modelo desarrollado se determinó que estas lunas pueden retener una atmósfera capaz de garantizar la estabilidad térmica a largo plazo del agua líquida en su superficie.  Se encontró que, bajo condiciones específicas y asumiendo parámetros orbitales estables a lo largo del tiempo, se puede formar agua líquida en la superficie de la exoluna. La cantidad final de agua para un exoluna de masa terrestre es considerablemente menor que la cantidad de agua en los océanos de la Tierra (similar a la cantidad que se encuentra por ejemplo en la subsuperficie de Encelado, una de las lunas de Saturno), pero suficiente para albergar el desarrollo potencial de la vida primordial. La escala de tiempo de equilibrio químico está controlada por rayos cósmicos, el principal impulsor de ionización en el modelo de la atmósfera exoluna desarrollado.

La investigación se titula «Presence of water on exomoons orbiting free-floating planets: a case study» («Presencia de agua en exolunas que orbitan planetas que flotan libremente: un caso de estudio”, en español), será publicada en la prestigiosa revista “International Journal of Astrobiology” y se realizó durante dos años iniciando como tesis de pregrado de Patricio Ávila con la guía del académico y profesor Dr. Stefano Bovino.

Para llevar a cabo este trabajo se ocupó el código para modelaje atmosférico en una dimensión llamada PATMO, un nuevo código desarrollado por Tommaso Grassi del LMU. “Es un código que permite explorar la química de variados tipos de atmosfera”, explica Ávila, quien entre sus funciones implementó efectos físicos en el modelo, como el calentamiento tidal y el calentamiento radiogénico que mencionamos anteriormente. “También se hizo trabajo de debugging al código, y se desarrolló una red química para bajas temperaturas (que es lo que nos permitió evaluar la química presente). Se exploraron luego, con este setup ya hecho, distintos casos, encontrando los más favorables de ser analizados”, detalla el estudiante.

El siguiente paso en el estudio consiste en incluir la evolución de parámetros que antes se han considerado constantes, por simplicidad, para entender cómo se acoplan a la evolución química de este tipo de atmósferas. Esto incluye la evolución de los parámetros orbitales (excentricidad, distancia entre los objetos, entre otros) que intervienen activamente en la cantidad de calentamiento tidal, ingrediente esencial en este modelo.

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