Proxima b el exoplaneta más cercano ¿altamente habitable?

El artículo TheClosest Exoplanet to Earth Could Be Highly Habitable es la divulgación del artículo científico titulado Habitable Climate Scenarios forProxima Centauri b with a Dynamic Ocean de Anthony D. Del Genio et. al. y que fue publicado el 5 de septiembre de 2018 en journal de Astrobiology y del que al ser de pago sólo hemos podido acceder al resumen.

Del Genio y sus colaboradores se dedican a modelar el clima en exoplanetas y en este sentido el artículo es realmente interesante. Del resumen que dan los propios autores en la introducción hablaremos brevemente luego. El artículo de divulgación del trabajo que se extendió rápidamente a través de Scientific American y Live Science ha hecho un flaco favor a los autores del artículo en especial su título sensacionalista. En España llegó a través de Europa Press y ABC.

Como dice Elizabeth Tasker (en Twitter) publicado el 16 sept. 2018 en Google + y titulado We need to talk about Proxima Centauri b. Again : Básicamente, estoy de acuerdo con las primeras cinco palabras del titular y el artículo de Del Genio simplemente no dice que Proxima b sea realmente "altamente habitable".

Cuando en 2016 el catalán Guillem Anglada-Escudé (Twitter) profesor de Astrofísica en la Universidad Queen Mary de Londres descubrió Proxima b por el método de la velocidad radial, del que ya hemos hablado se levantó una tremenda expectación:

Se había descubierto un planeta de masa terrestre en la estrella más próxima al Sol y encima en su zona habitable. Rápidamente se plantearon mil viajes imposibles con la tecnología actual. La imaginación es libre y siempre vuela alto....

El exoplaneta se descubrió usando el espectrógrafo HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) del telescopio de 3,6 metros de La Silla y el espectrógrafo UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph) del telescopio VLT, ambos en Chile. Para descubrir Proxima Centauri b fueron necesarios 16 años de observaciones. El planeta tiene un movimiento de traslación de 11,18 días. Es decir su año dura 11,18 días. Probablemente su rotación dure el mismo tiempo como en el caso de nuestra Luna y presente la misma cara a su sol.

Para excluir la posibilidad de que lo observado no fuera la actividad repentina característica de las enanas rojas, se monitorizó la cambiante luminosidad de la estrella usando muchos telescopios de todo el mundo. Las estrellas enanas rojas como Proxima son muy ruidosas, es decir, su luminosidad varía tanto que la detección de planetas pequeños es harto complicada. No en vano Proxima es una estrella variable que se denomina V645 Centauri.

Como puede verse en los datos de la tabla 1, por su distancia y duración del año el planeta está en la zona habitable y, aunque no se ha detectado el tránsito y por tanto se desconoce su tamaño y densidad, su masa, aun siendo una cota mínima, es suficientemente pequeña para que tenga una alta probabilidad de ser rocoso. ¿Pero cuál es esa probabilidad?

Todo depende de la inclinación i de la órbita de Proxima b respecto a nuestra visual. Si i=90º y exactamente vemos al planeta de frente, la masa mínima es la masa verdadera y el planeta transita. También transita si el valor es muy próximo a 90º. No hemos observado tránsitos. Todos los ángulos de inclinación son igualmente probables. A medida de la inclinación disminuye, la masa verdadera aumenta. Para i=45º la masa verdadera sería 1,796 Mt (masas terrestres), y si fuese rocoso, su densidad media sería un 13,3% mayor que la terrestre por la mayor compresión de los materiales y el radio 1,166 Rt (radios terrestres). Si el radio es mayor que 1,5Rt la probabilidad de que no sea rocoso aumenta mucho, entonces su masa sería 4,803 Mt y la inclinación 15,33º. Así que la probabilidad de que sea rocoso es mayor del 83% dado que con valores mayores a ese radio la probabilidad de ser rocoso no es nula y podría llegar, como veremos luego, al 94,5%.

Para el mínimo de masa de Proxima b (1,27Mt) su radio es un 6,3% mayor y la aceleración de la gravedad es un 12,3% mayor que la de la Tierra. Una mayor gravedad lleva a que el planeta sea capaz de retener más gases y tiende a engrosar la atmósfera. Por lo tanto es bastante probable que Proxima b tenga atmósfera si no influyen otros hechos.
Además, si el aumento de la masa es excesivo para el rango de temperaturas efectivas 220–240ºK en que se mueve Proxima b el planeta sería capaz de retener los gases más ligeros como el hidrógeno y el helio y el planeta sería un gigante de gas como Neptuno y en absoluto un mundo rocoso. Esto ocurriría con seguridad para una inclinación de 5º, así que la probabilidad de que le ocurra a Proxima b es escasa de un 5,5%.
Otra medida que es posible actualmente hacer es la cantidad de energía que el planeta recibe de su estrella Proxima. Esta enana roja tiene un 12% de la masa del Sol y tiene un radio del 14% de la solar. Su temperatura es aproximadamente la mitad de la solar. Por las leyes del cuerpo negro emite por unidad de superficie (½)⁴=1/16 de lo que emite el Sol y además el máximo de la radiación tiene una longitud de onda que es el doble de la longitud del máximo solar, que se halla a 5.014 Å, en el rango visible. Este se extiende desde 4.000 Å hasta 7.400 Å. Como la temperatura superficial de Proxima es la mitad de la solar el máximo cae por los 10.000 Å, más allá del visible, en el infrarrojo cercano.
Al ser la superficie de la estrella un 2% de la superficie solar y emitir 1/16 por unidad de superficie en realidad la estrella emite aproximadamente 1/800 de la energía que emite el Sol en la unidad de tiempo. Esto se llama luminosidad y vale 0,00155 la solar. Esta luminosidad se distribuye uniformemente por el espacio y disminuye por tanto con el cuadrado de la distancia. El planeta se halla a menos de 20 veces la distancia de la Tierra al Sol, exactamente a 0,0485 U.A. (1 unidad astronómica es la distancia Sol-Tierra), así que a pesar de ser la luminosidad muy pequeña, el planeta Proxima b recibe en la parte superior de su supuesta atmósfera una cantidad de energía que es 0,00155/0,0485²=0,659 la energía que recibe la Tierra, lo que lo ubica en la llamada Zona habitable. Es decir la zona en que si hubiera agua estaría en estado líquido. Esto no significa en modo alguno que la haya. Como comparación Marte se halla a 1,52 U.A. así que la energía que le llega del Sol es 1/1,52²=0,433 y se considera que está en la zona habitable. Resumiendo Marte recibe el 43% y Proxima b el 66% de la energía que recibe la Tierra.
No se debe confundir la temperatura efectiva con la real de la superficie. La Tierra pasa de una temperatura efectiva de –19ºC a una temperatura media real en su superficie de +15ºC. Esto supone que nuestra atmósfera nos calienta (efecto invernadero) 34ºC y nos permite vivir cómodamente en un porcentaje relativamente alto de la superficie del planeta. La temperatura efectiva de Marte es de sólo –58ºC y la tenue atmósfera apenas cambia esta temperatura aumentándola en unos 5ºC. La temperatura efectiva en Proxima es de unos –39ºC (aunque podría ir de –53ºC a –33ºC). Las condiciones en la superficie de Proxima b son desconocidas. Intuimos una atmósfera más densa así que en el peor de los casos, si existiera una atmósfera con las características de la terrestre, su temperatura superficial media sería de unos –19ºC.
Sobre la existencia de agua el propio Anthony D. Del Genio tiene dudas sobre la retención de agua por Proxima b. Ello no le impide suponer legítimamente la existencia de un océano pues está en una simulación, es decir que ocurriría si.......

Proxima b no es una segunda tierra. Debido a la escasa distancia que la separa de su estrella es casi seguro que presentará acoplamiento de marea (resonancia spin-órbita 1:1) lo que significa que su periodo de rotación coincidiría con el de traslación y siempre mostraría el mismo hemisferio hacia Proxima. En una mitad del planeta siempre sería de día y en la otra mitad reinará una oscuridad perpetua. Debido al acoplamiento de marea, las zonas climáticas en Proxima b no estarían condicionadas por la latitud, como en la Tierra, sino por la distancia al centro del hemisferio diurno, el llamado punto subestelar. Este punto sería el más cálido, mientras que a medida que nos alejamos hacia el terminador o frontera entre el día y la noche, la temperatura media bajaría considerablemente. Esto haría pensar en un hemisferio abrasado en el que la atmósfera se evaporase, y el otro congelado. Sin embargo, una atmósfera más densa que la de la Tierra permitiría reducir esas temperaturas extremas a través de la circulación atmosférica que causa la redistribución del calor.

Otra cosa que se desconoce es la edad de Proxima. Junto con el par a Cen (A,B),  Proxima (a Cen C) forma un sistema triple. El par  a Cen (A,B),  giran entre sí en una órbita de 79,91 años, acercándose a un mínimo de 11,2 U.A., aproximadamente la distancia media entre el Sol y Saturno, mientras que la distancia máxima es de 35,6 U.A. (aproximadamente la distancia entre el Sol y Plutón). Ambas giran entorno al centro de masas del sistema y, como tienen masas parecidas, éste es un punto casi equidistante entre ellas. Sus edades son similares y un poco mayores que el Sol, unos 6.000 millones de años, lo que hace pensar que ambas estrellas se formaron juntas.

La tercera componente Alfa Centauri C llamada Próxima Centauri es una estrella enana roja de tipo espectral M5 y magnitud visual +11,05. Los científicos le asignan una edad de unos mil millones de años mucho más joven que el par AB. Se creía que Próxima Centauri no formaba originalmente parte del sistema y que fue capturada temporalmente por las otras dos. La separación media entre Próxima y Alpha Centauri AB es aproximadamente de 0,06 parsecs, 0,2 años luz o 13.000 U.A., equivalente a 400 veces el tamaño de la órbita de Neptuno. No se conocen datos orbitales, sólo que posiblemente gira alrededor de Alfa Centauri A+B con un período de cerca de 500.000 años o más.

En febrero de 2017 tras el interés provocado por el exoplaneta Proxima b y tras cien años desde el descubrimiento de Próxima Centauri, tres astrónomos, Pierre Kervella, Frédéric Thévenin y Christophe Lovis, han llegado a la conclusión de que las tres estrellas efectivamente forman un sistema único. Nuestro trabajo demostró que Próxima está unida gravitacionalmente a las estrellas Alfa Centauro A y B formando un sistema triple, explicó Kervella, quien procesó la información espectroscópica. La baja emisión de luz ha hecho muy difícil medir la velocidad con la que se acerca o aleja de la Tierra, La nuevos datos, obtenidos con el buscador de planetas de ESO-Harps, sugieren de manera contundente que Próxima Centauri y el dúo Alfa Centauri tienen la misma edad (aproximadamente 6 mil millones de años), y de esta forma se proporciona una estimación bastante precisa de la edad del planeta en órbita, Próxima b.

La otra fuente de información la facilita la excentricidad de la órbita del planeta que Guillem Anglada-Escude acota en 0,34. Es decir que e<0,34. Una cota superior significa que la excentricidad es menor que 0,34 pero puede ser 0. Algo que a veces se olvida.

Según Ignaci Ribas, director del Institut d’Estudis Espacials de Catalunya, una excentricidad de 0,34 produciría un calentamiento por efecto marea de 2,5 W/m2, algo parecido a la de Io, la luna de Júpiter abrasada por la actividad volcánica. Una excentricidad de 0,097 produciría aproximadamente 0,07 W/m2, comparable al inducido por las mareas de la Luna en el manto de la Tierra.

En diciembre de 2016 un trabajo sobre Proxima b de Damasso y Del Sordo logran en una nueva modelización del ruido de la estrella y reducen la cota a e<0,17. Las órbitas de planetas tan cercanos a su estrella deberían sufrir un efecto de circularización más o menos intenso, que eliminase la excentricidad y Meadows establece un periodo de 3.000 millones de años, la mitad de la edad de a Cen (A,B) para ello. Con una excentricidad de 0,17 Proxima b desarrollaría una actividad volcánica elevada, más intensa que la terrestre.

La posibilidad más lógica, si Proxima b presenta una excentricidad importante, es que haya más planetas en el sistema, planetas aún no detectados que afectan gravitatoriamente a Proxima b. Otra explicación es la interacción con Alfa Centauri A y B que están relativamente lejos de Proxima. Las estimaciones de Ignaci Ribas  son que este efecto nunca produciría una excentricidad mayor de 0,1 compatible con la cota observada de 0,17. Según Ribas et al. si la excentricidad fuese menor que 0,06 la resonancia sería 1:1 con un hemisferio siempre de día y el otro siempre de noche. Pero si la excentricidad fuese mayor que 0,06 Proxima b podría tener otra resonancia entre su periodo de traslación y el de rotación. Para Ignaci Ribas, una excentricidad cercana a 0,17 sería similar a la de Mercurio que es 0,21 y causaría una resonancia spin-órbita 3:2 similar a la de Mercurio que rota 3 veces por cada 2 órbitas. Esto haría que el día durase en Proxima b 7,45 días. El planeta no tendría un hemisferio siempre al sol y otro siempre a oscuras. El sol saldría y se pondría y el planeta sería más habitable. Pero ten presente que 0,17 es una cota y es compatible con e=0. Así que la duración de día es desconocida. No se sabe si la resonancia es 1:1 o 3:2 y todo depende del valor real de la excentricidad que es desconocido. Anthony D. Del Genio adopta en su simulación una resonancia 3:2 y está en su derecho: Es una simulación.....

Uno de los grandes problemas para la vida en un sistema planetario alrededor de una enana roja serían sus erupciones de rayos X y de radiación ultravioleta que emite su estrella, mucho más intensas que la que experimenta la Tierra respecto al Sol. Al estar tan cerca de la estrella, el planeta tendrá unos flujos de rayos X 400 veces superiores a los de la Tierra. Si todo fuese correcto para que se desarrollase la vida,  los potente rayos X que emite la estrella, podría dar al traste con ella y lo peor todavía está por venir.

Fig. 1 Como todas las enanas rojas, Proxima Centauri emite potentes fulguraciones que hacen aumentar de brillo la estrella repentinamente en un 10% y emiten enormes cantidades de rayos X (Pale Red Dot).

En noviembre de 2017 tras estudiar el sistema de Proxima con el radiotelescopio submilimétrico ALMA se detectó que el sistema contiene varios anillos de material y polvo que quizás se correspondan con un cinturón de asteroides y dos cinturones de Kuiper. ALMA detectó también una fuente puntual a 240 millones de kilómetros (1,6 U.A. período orbital de 5,8 años) de la estrella que podría corresponderse con el polvo procedente del material situado en los puntos de Lagrange L4 y L5 de la órbita de un planeta gigante no detectado o, se trata simplemente de una concentración de material aleatoria en el cinturón. Este segundo cinturón de Kuiper resultaría difícil de explicar de acuerdo con los modelos de formación planetaria. No nos vamos a extender con detalles sobre estos cinturones porque ¡no existen!.

ALMA detecta intensas llamaradas en la estrella Proxima Centauri

A finales de febrero de 2018, un equipo de astrónomos publicó que el 24 de marzo del 2017 hubo una fuerte llamarada en Proxima Centauri. Los investigadores descubrieron la enorme fulguración tras volver a analizar las observaciones realizadas desde el 21 de enero al 25 de abril de 2017 por ALMA y ACA a 233 GHz (1,3 mm). Cuando alcanzó su máxima intensidad, la llamarada fue 10 veces más brillante que las llamaradas más grandes producidas por nuestro Sol observadas en longitudes de onda similares. La llamarada duró aproximadamente 1 minuto y alcanzó una densidad de flujo máxima de 100 mJy e incrementó el brillo de Proxima Centauri en 1.000 veces durante 10 segundos. Ello representa una disminución en la magnitud de la estrella de 7,5 unidades. Como su magnitud es 11, durante 10 segundos su magnitud fue de 3,5 visible a simple vista. Antes hubo una llamarada más pequeña, y juntando los dos episodios, el fenómeno total duró menos de 2 minutos en las 10 horas de observaciones realizadas por ALMA entre enero y abril del año pasado.

El hallazgo, publicado en The Astrophysical Journal Letters fue realizado por el equipo de  Meredith MacGregor, astrónomo del Departamento de Magnetismo Terrestre de la Carnegie Institution for Science, en Washington. Cuando MacGregor, quien dirigió la investigación con su colega Alycia Weinberger analizaron los datos como una función del tiempo de observación, en vez de un promedio total, pudieron detectar las fugaces explosiones de radiación emitidas por Proxima Centauri.

No hay razón para pensar que hay cantidades sustanciales de polvo alrededor de Proxima Cen. Tampoco hay información que indique que esta estrella tiene un sistema planetario complejo como el nuestro, afirma Weinberger. Todo puede explicarse por una fulguración ocurrida el 24 de Marzo de 2017. Lo siento pero así avanza la ciencia.

Fig. 2 El brillo de Proxima Centauri observado por ALMA durante los dos minutos del evento del 24 de marzo de 2017. La señal luminosa estelar del pulso está en rojo junto con una señal luminosa anterior más pequeña en naranja, y la emisión normal de la estrella en azul. En su máximo, la señal luminosa aumentó el brillo de Proxima Centauri en 1.000 veces. El área sombreada representa la incertidumbre. Crédito: Meredith MacGregor, Carnegie.

Es probable que Proxima b haya recibido intensos golpes de radiación durante esta llamarada, explica Meredith MacGregor, y agrega que ya se sabía que Proxima Centauri experimentaba regularmente llamaradas de rayos X, aunque más pequeñas. Esto pone en entredicho las posibilidades de que haya vida en el exoplaneta más cercano a nuestro Sistema Solar, conocido como Proxima b, que orbita alrededor de Proxima Centauri. Debido a que Proxima b está veinte veces más cerca de su estrella que la Tierra del Sol su intensidad fue unas (10x20²=4.000) cuatro mil veces mayor que la fulguración más potente registrada en la Tierra procedente del Sol. Durante los miles de millones de años que transcurrieron desde que se formó Proxima b, estas llamaradas pudieron haber evaporado cualquier atmósfera u océano y esterilizado la superficie, lo cual significa que las condiciones de habitabilidad pueden depender de más factores que la simple distancia entre el planeta y su estrella y la presencia de agua líquida.

El satélite canadiense MOST detectó, en 37 días de observación, 66 fulguraciones de Proxima en el espectro visible. La actividad de Proxima es más elevada que la de otras enanas rojas similares y quizá en su juventud esto fue peor. Los investigadores no han logrado llegar a un consenso a la hora de explicar por qué Proxima tiene tantas fulguraciones pese a que su periodo de rotación es relativamente elevado de ~83 días. Otras enanas rojas, como TRAPPIST-1, y sobre todo Ross-128 son mucho más tranquilas.

Cuando Del Genio hizo su simulación esto ya se sabía y de ahí mi enfado. Sólo había trascurrido poco más de medio año desde que Meredith MacGregor y MOST se llevaron nuestras esperanzas. No es razonable hacer una simulación climática que supone la existencia de un océano y una resonancia spin-órbita 3: 2, una salinidad que descienda el punto de congelación y una muy probable circulación entre la parte diurna y nocturna. Son muchas suposiciones y olvidando los datos objetivos. Podría no tener atmósferas, ni océano y una resonancia 1:1. La inexistencia de atmósfera podría causarla un débil o inexistente campo magnético en Proxima b debido a la lenta rotación del planeta y fundamentalmente a las fulguraciones que como dice Meredith MacGregor pudieron haber evaporado cualquier atmósfera u océano y esterilizado la superficie. Otro factor clave para comprender la habitabilidad de Proxima b es la relación existente entre estas fulguraciones y las eyecciones de masa coronal (CMEs). Las partículas de las CMEs más violentas pueden arrasar de forma mucho más efectiva la atmósfera de un planeta que la radiación ionizante emitida durante una fulguración. Aunque las fulguraciones suelen ir acompañadas de CMEs, se desconoce la relación precisa entre ambos fenómenos en las enanas rojas.

El artículo The Closest Exoplanet to Earth Could Be Highly Habitable es para mí altamente una noticia falsa y tendenciosa. El  artículo de Elizabeth Tasker peca de decir que no se sabe casi nada de Proxima b y ello es una visión simplista. Como dicen en mi pueblo en el punt mitjà està la veritat. Su estimación del 25% para que Proxima b no sea rocoso a mi modo de ver es errónea pues no tiene en cuenta la mayor compresión del material a medida que es más masivo.

Quizá alguien le conceda más importancia a Del Genio que a MacGregor. Soy el primero que desearía que Proxima fuese una estrella tranquila y se encontrasen señales de vida pero una cosa son los deseos y otra los hechos. Habrá que esperar más hechos o quizá Trappist-1.......