La cantidad de elementos radiactivos de larga duración incorporados en un planeta rocoso a medida que se forma puede ser un factor crucial para determinar su habitabilidad futura, según un nuevo estudio realizado por un equipo interdisciplinario de científicos de la UC Santa Cruz.
Eso se debe a que el calentamiento interno de la desintegración radiactiva de los elementos pesados torio y uranio impulsa la tectónica de placas y puede ser necesario para que el planeta genere un campo magnético. El campo magnético de la Tierra protege al planeta de los vientos solares y los rayos cósmicos.
La convección en el núcleo metálico fundido de la Tierra crea una dínamo interna la "geodinamo" que genera el campo magnético del planeta. El suministro de elementos radiactivos de la Tierra proporciona un calentamiento interno más que suficiente para generar una geodinamo persistente, según Francis Nimmo, profesor de la Tierray ciencias planetarias en UC Santa Cruz y primer autor de un artículo sobre los nuevos hallazgos, publicado el 10 de noviembre en Cartas de revistas astrofísicas .
"Lo que nos dimos cuenta fue que los diferentes planetas acumulan diferentes cantidades de estos elementos radiactivos que, en última instancia, impulsan la actividad geológica y el campo magnético", explicó Nimmo. "Así que tomamos un modelo de la Tierra y marcamos la cantidad de producción de calor radiogénico internoy abajo para ver qué pasa ".
Lo que encontraron es que si el calentamiento radiogénico es mayor que el de la Tierra, el planeta no puede sostener permanentemente una dínamo, como lo ha hecho la Tierra. Eso sucede porque la mayor parte del torio y el uranio terminan en el manto, y demasiadoel calor en el manto actúa como aislante, evitando que el núcleo fundido pierda calor lo suficientemente rápido como para generar los movimientos convectivos que producen el campo magnético.
Con más calentamiento interno radiogénico, el planeta también tiene mucha más actividad volcánica, lo que podría producir frecuentes eventos de extinción masiva. Por otro lado, muy poco calor radiactivo da como resultado que no haya vulcanismo y un planeta geológicamente "muerto".
"Con solo cambiar esta variable, recorre estos diferentes escenarios, desde geológicamente muerto a similar a la Tierra a extremadamente volcánico sin dínamo", dijo Nimmo, y agregó que estos hallazgos justifican estudios más detallados.
"Ahora que vemos las importantes implicaciones de variar la cantidad de calentamiento radiogénico, el modelo simplificado que usamos debería verificarse mediante cálculos más detallados", dijo.
Una dínamo planetaria se ha relacionado con la habitabilidad de varias maneras, según Natalie Batalha, profesora de astronomía y astrofísica cuya Iniciativa de Astrobiología en UC Santa Cruz provocó la colaboración interdisciplinaria que condujo a este artículo.
"Durante mucho tiempo se ha especulado que el calentamiento interno impulsa la tectónica de placas, que crea el ciclo del carbono y la actividad geológica como el vulcanismo, que produce una atmósfera", explicó Batalha. "Y la capacidad de retener una atmósfera está relacionada con el campo magnético, quetambién es impulsado por calentamiento interno. "
El coautor Joel Primack, profesor emérito de física, explicó que los vientos estelares, que son flujos rápidos de material expulsado de las estrellas, pueden erosionar constantemente la atmósfera de un planeta si no tiene un campo magnético.
"La falta de un campo magnético es aparentemente parte de la razón, junto con su menor gravedad, por la que Marte tiene una atmósfera muy delgada", dijo. "Solía tener una atmósfera más espesa, y durante un tiempo tuvo una superficieagua. Sin la protección de un campo magnético, pasa mucha más radiación y la superficie del planeta también se vuelve menos habitable ".
Primack señaló que los elementos pesados cruciales para el calentamiento radiogénico se crean durante las fusiones de estrellas de neutrones, que son eventos extremadamente raros. La creación de estos denominados elementos del proceso r durante las fusiones de estrellas de neutrones ha sido un foco de investigación del coautorEnrico Ramirez-Ruiz, profesor de astronomía y astrofísica.
"Esperaríamos una variabilidad considerable en las cantidades de estos elementos incorporados en estrellas y planetas, porque depende de qué tan cerca esté la materia que los formó de donde ocurrieron estos eventos raros en la galaxia", dijo Primack.
Los astrónomos pueden usar la espectroscopia para medir la abundancia de diferentes elementos en las estrellas, y se espera que la composición de los planetas sea similar a la de las estrellas que orbitan. Se crea el elemento de tierras raras europio, que se observa fácilmente en los espectros estelaresmediante el mismo proceso que produce los dos elementos radiactivos de vida más larga, el torio y el uranio, por lo que el europio se puede utilizar como trazador para estudiar la variabilidad de esos elementos en las estrellas y planetas de nuestra galaxia.
Los astrónomos han obtenido mediciones de europio para muchas estrellas en nuestro vecindario galáctico. Nimmo pudo usar esas mediciones para establecer un rango natural de entradas a sus modelos de calentamiento radiogénico. La composición del sol está en el medio de ese rango. Según Primack,muchas estrellas tienen la mitad de europio en comparación con el magnesio que el sol, y muchas estrellas tienen hasta dos veces más que el sol.
La importancia y variabilidad del calentamiento radiogénico abre muchas preguntas nuevas para los astrobiólogos, dijo Batalha.
"Es una historia compleja, porque ambos extremos tienen implicaciones para la habitabilidad. Necesita suficiente calentamiento radiogénico para sostener la tectónica de placas, pero no tanto como para apagar la dínamo magnética", dijo. "En última instancia, estamos buscando laprobablemente moradas de vida. La abundancia de uranio y torio parecen ser factores clave, posiblemente incluso otra dimensión para definir un planeta Ricitos de Oro. "
Usando las mediciones de europio de sus estrellas para identificar sistemas planetarios con diferentes cantidades de elementos radiogénicos, los astrónomos pueden comenzar a buscar diferencias entre los planetas en esos sistemas, dijo Nimmo, especialmente una vez que se despliegue el telescopio espacial James Webb ". The James Webb SpaceEl telescopio será una herramienta poderosa para la caracterización de atmósferas de exoplanetas ", dijo.
Además de Nimmo, Primack y Ramirez-Ruiz, los coautores del artículo incluyen a Sandra Faber, profesora emérita de astronomía y astrofísica, y al erudito postdoctoral Mohammadtaher Safarzadeh.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Cruz . Original escrito por Tim Stephens. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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