Planetas en zonas habitables de enanas rojas no tendrían exolunas, sugieren simulaciones

Los exolunas, satélites que orbitan exoplanetas en sistemas solares distantes, aún no han sido confirmados. Aunque existen algunos candidatos, ninguno ha superado el umbral para ser aceptado como tal. Sin embargo, su existencia es considerada probable, dado que las lunas son comunes en nuestro sistema solar. La ausencia de exolunas en otros sistemas sería inusual.

Entre las lunas de nuestro sistema solar, la luna de la Tierra es especial. Su tamaño relativo ha contribuido a la habitabilidad del planeta, estabilizando su inclinación axial y generando las mareas que enriquecen las costas. Esto lleva a preguntarse si otros planetas terrestres en zonas habitables podrían albergar exolunas que también faciliten condiciones para la vida.

Un nuevo estudio titulado "Tidally Torn: Why the Most Common Stars May Lack Large, Habitable-Zone Moons", liderado por Shaan Patel del Departamento de Física de la Universidad de Texas en Arlington, se centra en esta cuestión. La investigación, que se publicará en el Astronomical Journal, está disponible en el servidor de preprints arXiv.

Las enanas rojas son el tipo de estrella más común en la Vía Láctea y suelen albergar exoplanetas rocosos en sus zonas habitables. Sin embargo, estas estrellas son pequeñas y tenues, lo que significa que sus zonas habitables están más cerca que las de estrellas más brillantes, como nuestro sol. Esto implica que los planetas en estas zonas probablemente estén bloqueados por marea.

El estudio señala que la investigación sobre exolunas en planetas de zonas habitables alrededor de enanas rojas ha cobrado importancia en los últimos años. Los investigadores enfatizan la necesidad de examinar las condiciones necesarias para que existan exolunas en estos sistemas. La obtención de tiempo de observación con el Telescopio Espacial James Webb para buscar una exoluna alrededor del exoplaneta TOI-700d confirma este interés.

Los investigadores utilizaron simulaciones N-cuerpos para entender cómo los planetas rocosos con lunas se comportan en estas condiciones. "Los planetas similares a la Tierra en la zona habitable de las enanas rojas han sido el objetivo de búsqueda de exolunas", explican los autores. "Estudiamos la estabilidad y la vida útil de lunas grandes (similares a Luna), teniendo en cuenta los efectos de las interacciones de tres cuerpos y las fuerzas de marea...".

En sus simulaciones, variaron la masa del planeta anfitrión y el eje semi-mayor para determinar cuándo las exolunas se vuelven inestables. La inestabilidad está relacionada con la esfera de Hill del planeta anfitrión, que describe la influencia gravitacional del planeta sobre la luna. Los investigadores encontraron que cuanto más grande es la esfera de Hill, más tiempo tarda una luna en escapar.

Los resultados indican que las exolunas son poco probables en estos sistemas. "Nuestros hallazgos sugieren que los planetas similares a la Tierra en zonas habitables de sistemas de enanas rojas perderán grandes lunas (si se forman) dentro del primer mil millones de años de su existencia", explican los investigadores.

El tipo de enana roja afecta el resultado, con clasificaciones que van de M0 a M9, que reflejan la temperatura de la estrella y, por lo tanto, la ubicación de la zona habitable. Esto influye en la fuerza de las mareas estelares y su efecto sobre las exolunas. Las simulaciones numéricas de 200 millones de años de sistemas estrella-planeta-luna en la zona habitable de enanas M4 muestran que la vida útil típica de una luna es de menos de 10 millones de años, un período muy corto en comparación con las escalas de tiempo astrobiológicas, geológicas o astrofísicas.

A pesar de la fragilidad general de estas configuraciones, existen casos donde una luna grande podría sobrevivir más tiempo. "La vida útil de una luna grande puede alcanzar 1 mil millones de años si orbita un planeta de masa terrestre alrededor de una enana M0", escriben los investigadores. Sin embargo, esto representa una configuración especial donde la zona habitable se extiende más lejos.

Esto "debilita la marea estelar sobre el planeta anfitrión y deja gran parte de la acción de marea a la luna, que desestabiliza el planeta anfitrión", explican. En este caso, si el planeta anfitrión tuviera dos masas terrestres, la luna podría durar hasta 1.35 mil millones de años, un período que coincide con el inicio de la acumulación de oxígeno en la atmósfera terrestre.

Los autores reconocen que en casos muy raros, una exoluna podría persistir más de 5 mil millones de años. También señalan que lunas más pequeñas, del tamaño de Ceres o Fobos, podrían sobrevivir durante mucho tiempo, aunque son difíciles de detectar.

La detección de exolunas podría recibir un impulso con la construcción del Observatorio de Mundos Habitables, cuyo objetivo principal sería encontrar exoplanetas similares a la Tierra. Su espejo de 6 a 8 metros también permitiría detectar exolunas, al menos en algunos casos. El Telescopio Gigante de Magallanes también podría ser un cambio de juego, comenzando observaciones en la década de 2030 con un espejo compuesto de 24.5 metros, capaz de obtener imágenes directas de exoplanetas y posiblemente detectar exolunas.

Este estudio se centró en las enanas M debido a que son el tipo de estrella más común y albergan muchos mundos rocosos. Sin embargo, existen otros tipos de estrellas donde la zona habitable está mucho más lejos de la estrella. Puede ser posible que algunos de esos planetas en zonas habitables alberguen exolunas durante miles de millones de años. Estas lunas podrían ayudar a hacer que sus planetas sean habitables, como lo hace la Luna para la Tierra, o algunas de las lunas podrían ser habitables. Aún se espera ver si algunas de las lunas heladas de nuestro sistema solar son habitables, y no se puede descartar esta posibilidad en otros sistemas solares.

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