Representación artística de una luna con una masa similar a la Tierra junto a un gigante gaseoso. NASA

En nuestra mente se encuentra arraigada profundamente la idea de que la vida puede haber conquistado el cosmos, y cuando pensamos donde podríamos encontrarla, siempre se nos vienen a la cabeza los planetas. Pero si nos planteásemos la enorme escala cósmica, quizás deberíamos fijar en las lunas, unos extraños mundos que podrían proporcionar un medio ambiente donde la vida podría arraigarse y prosperar.

Y es que siempre estamos buscando un planeta rocoso situado en el centro de la zona habitable para imaginarnos como serian estos seres. Pero si nos fijamos en nuestro propio sistema solar, veríamos que en realidad las lunas son los mundos más comunes, hay cientos de ellas, muchas en las órbitas de los planetas gaseosos gigantes.

De esta forma, si situásemos un solo planeta gigante en la zona habitable de una estrella, es posible que nos encontremos no uno, sino varios mundos con un gran potencial de habitabilidad. Así, con esta nueva idea en mente, podríamos pensar que el primer lugar habitado que encontremos fuera del sistema solar será en realidad una luna.

En esta imagen al puro estilo de James Cameron y su película Avatar, inspiro a René Heller, becario postdoctoral de la Universidad de McMaster, en Canadá. Su trabajo trata de establecer cómo se podrían formar las ‘exolunas’, como podrían ser estos mundos y cómo podríamos detectarlos con nuestros actuales o futuros observatorios. Una parte importante de su obra se ocupa de medir la habitabilidad de las exolunas, un tema algo más complicado que los escenarios planetarios ya que se encuentran en la órbita no solo de su estrella, sino alrededor de su planeta.

En un nuevo trabajo, redactado por Heller y su colega Rory Barnes de la Universidad de Washington, examina cómo el calor que emana de un exoplaneta recién formado, sumado al irradiado por la estrella principal de un sistema solar, puede llegar a calcinar la superficie de una luna. De esta forma, antes de que el planeta se enfrié lo suficiente, sus lunas cercanas podrían perder toda su agua, dejando tras de sí un mundo completamente seco y estéril.

‘La habitabilidad de una exoluna se encuentra, por supuesto, limitada por su ubicación en la zona de habitabilidad estelar, pero también tiene una segunda fuente de calor, su planeta anfitrión’, comento Heller, señalando a la vez que los jóvenes y calientes planetas provocarían que sus lunas fuesen inhabitables.

Diferentes estudios señalan que las lunas podrían proporcionar un ambiente propicio para que surja la vida, incluso si su planeta se encuentra mucho más lejos de la zona habitable de una estrella, algo similar a lo que ocurre con varias lunas de nuestro sistema solar, Titán, Encelado, Europa, Ganimedes... son mundos en los que los investigadores se han fijado para encontrar vida cerca de la Tierra. Los posibles océanos sub-superficiales han intrigado a los investigadores. De la misma forma, y pese al planteamiento inicial que nos muestra un mundo estéril, una luna alrededor de un exoplaneta que se encuentre en la zona habitable podría erigirse como la mejor apuesta para encontrar vida que en los helados ejemplos de nuestro sistema solar.

Sin embargo, los hallazgos de Heller sugieren que debemos tener cuidado antes de declarar de que una luna del tamaño de nuestro planeta podría proporcionar un entorno tan exuberante como el planteado en la película de Avatar. Antes de asumir una exoluna es habitable fijándonos únicamente en donde se encuentra su planeta anfitrión, tendríamos que evaluar otros datos, como las distancias orbitales.

‘Las exolunas del tamaño de la Tierra que pronto podrían ser detectadas por nuestros telescopios podrían haberse desecado poco después de su formación y seguir permaneciendo secas en la actualidad’, comento Heller. ‘Al evaluar la habitabilidad de una luna, es crucial tener en cuenta su historia junto con la de su planeta anfitrión’

Las teorías de formación planetaria son igualmente aplicables a las lunas, es decir, el material que rodea una estrella poco a poco se va uniendo y creando cuerpos más grandes. Durante el nacimiento de un planeta, su núcleo captura el material presente en el disco protoplanetario, creando a su alrededor sus propios "mini-discos" de gas y polvo, un material que puede llegar a dar lugar a la aparición de una luna. Aunque hay excepciones, nuestra propia luna podría ser el resultado de una colisión planetaria mientras que las lunas de Marte parecen ser asteroides capturados.

Pero dejando de lado a nuestra amada Selene, la formación de un cuerpo celeste por un sistema de acreción genera una gran cantidad de calor. Por lo tanto, los cuerpos planetarios y lunares recién nacidos deben ser lugares con altas temperaturas superficiales. Sin embargo, pese a estas altas temperaturas, los mundos rocosos podrían ser capaces de retener una reserva de agua, o incluso podrían recuperar parte de ella gracias a los continuos impactos de cometas.

Representación artística de un disco protoplanetario en el que se puede observar la formación de un nuevo planeta

Cuando una luna "nace" alrededor de un planeta, este influye directamente en la capacidad inicial de retener ese preciado liquido, así, el agua que no haya perdido esa hipotética luna podría permitir que la vida tuviese una oportunidad para establecerse sin tener que depender del agua que podría "llover" gracias a los cometas.

De acuerdo con los modelos de formación, los satélites de un tamaño significativo deben formarse a una distancia del planeta de entre cinco y 30 radios planetarios. Cuatro de las mayores lunas de Júpiter, los satélites galileanos, parecen ajustarse a este perfil: Io órbita a 6, 1 radios de Júpiter; Europa, 9, 7; Ganímedes, 15.5, y Calisto se sitúa a 27 radios de Júpiter. La luna más grande de Saturno, Titán, se aferra a su hogar a una distancia de 21, 3 radios.

En su nuevo trabajo, así como varias obras anteriores, Heller y Barnes han tratado de averiguar cuando una luna se encuentra demasiado cerca como para perder el agua líquida de su superficie y cuando se sitúa lo suficientemente lejos para evitar esta perdida, a este punto orbital le llaman el ‘borde habitable’. Las lunas que se encuentren dentro de ella reciben un exceso de energía térmica procedente dos fuentes principales: en primer lugar, la flexión de la propia luna, llamado calentamiento por marea, causada por las interacciones gravitacionales con su anfitrión planetario, y en segundo lugar, la iluminación adicional del planeta.

El aumento de la temperatura en un mundo acuoso puede provocar lo que se conoce como un efecto invernadero desbocado. El agua se evapora debido al calor, el vapor provoca que el calor quede atrapado dentro de la atmosfera, generando así un circuito de retroalimentación positivo, este calor atrapado puede provocar que el agua se evapore a un ritmo mucho mayor, una velocidad que supera la tasa de enfriamiento y condensación que podrían restaurar el estado liquido de sus océanos. Con el tiempo, todo el agua del planeta formaría parte de las nubes, la luz de la estrella destruye los enlaces y libera el hidrogeno y el oxigeno.

El hidrogeno, el elemento más ligero, puede escaparse hacia el espacio, lo que provoca que el agua se pierda y el astro se vuelve un mundo reseco. Pero las lunas y los planetas no siempre permanecen en el mismo lugar y las órbitas varían con el paso del tiempo, nuestra Luna no siempre se ha situado a la misma distancia, en la época de los dinosaurios se encontraba mucho más cerda de la Tierra. Las fuerzas de marea por lo general provocan que una luna se aleje del planeta lentamente.

Por lo tanto, la localización actual de una luna debe ser estudiada con cautela, porque aunque las observaciones nos indiquen que se encuentra en el punto de habitabilidad de una órbita, en el pasado podría haberse situado mucho más cerca, eliminando así cualquier posibilidad de encontrar agua en su superficie.

Con estas consideraciones en mente, Heller y Barnes se dedicaron a crear un modelo de una luna potencialmente habitable y su planeta, un gigante de gas. Pero las lunas del modelo en su estudio no son como cualquiera de las que encontramos en nuestro sistema solar, con el fin de que estos hipotéticos mundos puedan tener un gran potencial de habitabilidad, independientemente de las consideraciones de que su órbita se encuentre en la franja habitable, una luna debe poseer una cierta masa mínima, de la misma forma que un planeta potencialmente habitable. Un mundo habitable debe ser lo suficientemente masivo como para que su gravedad sea capaz de retener una atmósfera y generar un campo magnético protector, es decir, poseer un núcleo de hierro fundido girando.

Este punto de corte habitabilidad basado en la masa queda establecido en un planeta similar a Marte, de al menos el 10 por ciento de la masa de la Tierra. Pero si comparamos este dato con la luna más grande del sistema solar, su masa es de apenas una cuadragésima de la masa de la Tierra. Pero varios estudios señalan que aquellos gigantes gaseosos que sean mucho mayores que Júpiter deberían tener lunas mucho mayores.

Ganimedes es la luna de mayor tamaño del sistema solar

En consecuencia, los investigadores plantearon la idea de un monstruoso Júpiter con una masa unas 13 veces mayor como mundo anfitrión de su hipotético sistema habitable. Piensan que esta masa 13 veces superior debería ser suficiente para generar una luna lo suficientemente masiva antes de entrar en el territorio de las enanas marrones, pues en ese caso, generaría demasiado calor e impediría que la mayoría de las lunas pudiesen llegar a ser habitables en algún momento.

En cuanto a las lunas hipotéticas del estudio, Heller y Barnes planteo dos modelos, una de ellas sería un gemelo de nuestra Tierra, con la misma composición y masa, la otra seria una especie de un ‘super-Ganímedes’, un cuerpo helado con una cuarta parte de la masa de la Tierra.

Heller y Barnes aplicaron estos sistemas, gigante gaseoso/luna supermasiva, y los situaron a dos distancias orbitales diferentes de una estrella de tipo solar. La primera ubicación seria una órbita aproximada a la que describe la Tierra en la actualidad, unos 143 millones de kilómetros, y que en la actualidad se piensa que se encuentra en el extremo más cálido de la zona habitable de nuestro Sol. El segundo modelo colocaba al planeta 1, 7 veces más lejos, un poco más allá de la órbita de Marte, donde se encuentra el límite exterior de la zona habitable.

En el modelo también aplican datos como el calentamiento por marea. Las lunas (y planetas) pueden describir una órbita ovalada que las acerca de forma periódica al planeta anfitrión. Así, cuanta más excéntrica sea la órbita, mas se acercaría y alejaría del planeta y el calentamiento por mareas seria mayor. Para esta parte del modelo, los investigadores optaron por cuatro excentricidades orbitales diferentes para obtener una buena gama de resultados.

También aplicaron al sistema la edad del sistema, los planetas gigantes más jóvenes emiten una mayor cantidad de calor que los mundos con edades similares a nuestro Júpiter. Por ello eligieron tres edades diferentes, 100 millones, 500 millones y mil millones de años, el último dato representaría un sistema solar bastante evolucionado.

Ahora, con todos estos parámetros puestos en su lugar, Heller y Barnes aplicaron la variable fundamental de la distancia orbital de los satélites hipotéticos.

Para ambos tipos de lunas, tanto la que tiene la masa de la Tierra como la super-Ganímedes, una distancia orbital de 10 radios de Júpiter o menos sería una mala noticia para la vida. El efecto invernadero desbocado provocado por el exceso de energía recibido desde el planeta comenzaría rápidamente y duraría un periodo de unos 200 millones de años, tiempo suficiente como para que los mundos de este modelo perdiesen toda su agua. Pero al agregar los rayos del sol, y el intervalo de vaporización del agua en la luna similar a la Tierra el periodo duraría 500 millones de años. Para la super-Ganímedes, este lapso de tiempo alcanzaría los 600 millones.

Y aunque alejásemos un poco las lunas del planeta, hasta situarlas a una distancia de 15 radios, la imagen no parece mejorar, el periodo inicial de 200 millones de años parece mantenerse. Aunque si las alejamos un poco más, hasta los 20 radios de este hipotético super-Júpiter, el satélite con la masa de la Tierra parece librarse de un efecto invernadero desbocado, pero la super-Ganímedes todavía sufriría este calentamiento fuera de control en un sistema que tan solo tuviese unos cientos de millones de años.

‘La irradiación térmica de un planeta anfitrión súper-Júpiter claramente puede tener una importante influencia en la habitabilidad de sus lunas’, comento Heller. ’Dependiendo de la masa del planeta y la historia de su luminosidad, cualquier exoluna descubierta en la actualidad necesitaría haber tenido una órbita lo suficientemente amplia como para haber evitado la desecación en el pasado lejano.’

Los hallazgos son un tanto conservadores, debido a que la presencia de otras fuentes de calor podría eliminar cualquier potencial de habitabilidad. Los ejemplos incluyen el calor latente procedente del interior que emana de la luna generado durante las fuerzas de fricción y la presión que tuvieron lugar durante su formación. Además, la vida podría haberse encontrado un duro ambiente antes de que incluso hubiesen aumentado las temperaturas lo suficiente como para que se pusiese en marcha un efecto invernadero desbocado, debido sobre todo a que la superficie de estas lunas habrían estado demasiado caliente.

Sin embargo, las posibilidades de que aparezca vida en una luna árida no son escasas, al igual que sucedió en nuestro sistema solar en el que los grandes planetas migraron hasta su posición actual, las perturbaciones gravitacionales podrían situar a estas super-lunas lejos de esa zona "mortal" planetaria, y quizás estas alteraciones podrían lanzar contra ellas un bombardeo cometario similar al que inundo la Tierra hace miles de millones de años y que ocurrió mucho tiempo después de que se enfriase la corteza terrestre.

Así, el mensaje general del estudio de Heller es que no se puede ignorar el pasado de las exolunas. Cuando seamos capaces de identificar estos mundos, necesitaremos realizar múltiples simulaciones orbitales para tratar de desvelar su historia. Los modelos de la evolución orbital serán complejos, deberán representar los efectos de marea entre el planeta y la luna, así como las perturbaciones gravitatorias entre la luna, las otras posibles lunas presentes en el sistema, la masa y composición del planeta y el tipo de estrella. Múltiples datos que no pueden ser obviados si queremos estimar la actual habitabilidad de una exoluna.

‘Es importante que hagamos todo lo posible para mirar profundamente en el pasado de una exoluna con el fin de comprender mejor si posiblemente puede albergar vida extraterrestre’ comento Heller

El trabajo será publicado en The International Journal of Astrobiology.