Las lunas que orbitan exoplanetas errantes presentan un posible escenario de habitabilidad que sorprende a científicos, según un estudio publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society y liderado por David Dahlbüdding del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre junto con Giulia Roccetti de la Agencia Espacial Europea.

La clave se encuentra en la atmósfera: si estas lunas poseen una atmósfera densa y rica en hidrógeno, podrían retener el calor generado internamente por fuerzas de marea durante miles de millones de años, incluso mucho después de que sus planetas hayan sido expulsados de sus sistemas estelares, elevando así la posibilidad de encontrar condiciones aptas para la vida en entornos donde no existe ya influencia estelar.

Los astrónomos han identificado cientos de exoplanetas errantes, cuerpos expulsados de sus sistemas de origen tras interacciones gravitacionales violentas, según detalla el artículo de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Aunque estos planetas se enfrían y oscurecen en el vacío interestelar, para sus lunas, el destino podría ser radicalmente distinto. De acuerdo con los cálculos presentados por el equipo de Dahlbüdding, en atmósferas hidrogenadas de alta presión �cercanas a 100 veces la presión superficial terrestre� se generaría un potente efecto invernadero. Mediante la absorción inducida por colisión (AIC), el hidrógeno se vuelve capaz de atrapar calor interno durante lapsos de hasta 4.300 millones de años, un período equiparable a la edad actual de la Tierra.

Estas cifras surgen de simulaciones que integran la evolución tanto de la atmósfera como de la órbita de la luna tras la expulsión del planeta principal. El estudio también incorpora resultados recientes liderados por Giulia Roccetti en 2023, quienes modelaron cómo la progresiva circularización orbital disminuye con el tiempo el calor de marea disponible. Esto permite estimar un plazo máximo en el que una luna podría permanecer dentro de la denominada zona habitable.

Las lunas de planetas similares a Europa y Encélado �en el Sistema Solar� ya muestran en sus comportamientos locales los potenciales efectos del calentamiento interno por marea gravitacional. En los exoplanetas errantes, los cambios bruscos en la órbita provocados por la eyección potencian aún más este fenómeno, ya que la luna experimenta alternadamente compresiones y estiramientos gravitacionales que generan calor en su interior. Es este aporte energético el que resulta fundamental para mantener el agua en estado líquido bajo condiciones adecuadas de presión y composición atmosférica.

El fenómeno de la absorción inducida por colisión, esencial en este contexto, ocurre cuando en atmósferas de gran presión, las moléculas de hidrógeno forman estructuras temporales durante choques fugaces �denominados complejos supramoleculares�, capaces de retener la radiación infrarroja de manera comparable a gases tan efectivos como el dióxido de carbono o el metano. Este proceso, prácticamente insignificante en la atmósfera terrestre actual, se activa solo ante presiones elevadas, permitiendo así que el calor interno no se disipe al espacio sino que contribuya a sostener temperaturas superficiales aptas para la existencia de agua líquida.

A la hora de describir los resultados modelados, Dahlbüdding afirma: "Una exoluna de estas características podría tener temperaturas superficiales suficientes para mantener el agua en estado líquido sin necesidad de una estrella cercana, lo que ampliaría significativamente las posibilidades de que surja vida en el universo", según recoge Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. No obstante, advierte que, aunque en el futuro cercano se logren detectar este tipo de lunas, la verificación y análisis detallado de sus atmósferas continuará siendo un desafío tecnológico considerable.

El trabajo del equipo revela que en atmósferas dominadas por hidrógeno, la retención de calor no solo depende de la presión sino también de la contribución de otros gases. Dahlbüdding destaca: "El hidrógeno no solo actúa como un potente gas de efecto invernadero, sino también como un fondo estable donde especies más o menos condensables como el metano, el amoníaco y el vapor de agua pueden contribuir aún más a retener el calor interno". De esta manera, el efecto combinado de diferentes componentes atmosféricos puede sostener condiciones habitables durante periodos de hasta 4.300 millones de años tras la expulsión del planeta anfitrión, una duración que equipara a la historia geológica de la propia Tierra.

Un bloque clave de la investigación responde, en términos directos, al interrogante sobre la habitabilidad de estos mundos. Si una luna posee una atmósfera suficientemente densa de hidrógeno y experimenta calentamiento interno por fuerzas de marea perpetuadas por su interacción con el exoplaneta errante, puede mantener agua líquida en la superficie durante lapsos de tiempo que rivalizan con los necesarios para el desarrollo de la vida. La eventual pérdida progresiva de calor, derivada del proceso de circularización orbital estudiado previamente por Roccetti y su equipo, marca la frontera superior de esta habitabilidad extendida en el tiempo.

Para llegar a estas conclusiones, el grupo combinó cálculos avanzados de temperaturas atmosféricas, evaluaciones de procesos de condensación química y transformaciones orbitales a escalas de tiempo de miles de millones de años. La integración de estos modelos representa �según explica Dahlbüdding en la publicación analizada� la simulación más sofisticada hasta el momento para exolunas con potencial habitabilidad independiente de una estrella.

El impacto de estos hallazgos trasciende el ámbito de la astrofísica. Dahlbüdding y Roccetti sugieren que la situación hipotetizada para exolunas en sistemas errantes podría reflejar, en algún grado, condiciones similares a las de la Tierra primitiva. Antes de la aparición de vida, la Tierra probablemente albergaba una atmósfera mucho más rica en hidrógeno y estuvo sometida a impactos reiterados de asteroides, circunstancias que podrían haber facilitado el proceso de absorción inducida por colisiones.

Estas condiciones, según los investigadores, también habrían favorecido la formación y la replicación de moléculas de ARN, aspecto central en las teorías actuales sobre el origen de la vida. Dahlbüdding afirma: "A través de debates continuos, estamos conectando nuestra investigación con los últimos avances en la búsqueda del origen de la vida en la Tierra", de acuerdo con la fuente original. El propósito declarado del equipo es crear un puente conceptual entre la biofísica �la ciencia que estudia los procesos moleculares que dieron origen a la vida� y la astrofísica, disciplina dedicada a comprender la formación y evolución de mundos más allá del Sistema Solar.

Fuente: telam