En astrobiología y astrofísica planetaria , la zona habitable galáctica es la región de la galaxia con las condiciones más favorables para el origen y evolución segura de la vida. Más específicamente, el concepto de zona habitable galáctica incluye una combinación de factores (por ejemplo , la metalicidad de las estrellas y la frecuencia de catástrofes como explosiones de supernovas ), que nos permiten decir con cierto grado de probabilidad que una región particular del galaxia es adecuada para la formación de planetas similares a la Tierra, la aparición de vida primitiva, su supervivencia y evolución hacia formas más avanzadas [1] . Según datos de investigación publicados en agosto de 2015, las galaxias grandes son mucho más favorables para la formación de planetas similares a la Tierra, en contraste con las galaxias pequeñas como la Vía Láctea . [2] En el caso de la Vía Láctea, la zona habitable galáctica es un anillo con un radio exterior del orden de 10 kiloparsecs y un radio interior correspondiente al centro galáctico . Aunque la zona no tiene límites rígidos [1] [3] .
La teoría de la existencia de una zona habitable galáctica es criticada por la incapacidad de evaluar cuantitativa y cualitativamente los factores que hacen que ciertas regiones de la galaxia sean más favorables para la habitabilidad. [3] Además, las simulaciones por ordenador han revelado que las estrellas pueden cambiar de forma relativamente libre y significativa su órbita alrededor del centro galáctico, lo que ya pone en duda, al menos parcialmente, la hipótesis y el punto de vista de que ciertas regiones de la galaxia son más favorables que otros. [4] [5] [6]
La idea de una zona habitable circunestelar fue propuesta en 1953 por Hubert Strughold y Harlow Shapley [7] [8] y en 1959 por Su-Shu Huang [9] como una zona alrededor de una estrella dentro de la cual un planeta puede contener agua líquida . en la superficie. Desde la década de 1970, los científicos planetarios y los astrobiólogos han comenzado a estudiar la presencia de otros factores favorables o destructivos para la creación y el mantenimiento de la vida en los planetas, incluido el impacto de las supernovas cercanas . [10] En 1981, Jim Clark sugirió que la falta de contacto con civilizaciones extraterrestres en la Vía Láctea podría explicarse por las eyecciones de Seyfert del núcleo galáctico activo y la posición favorable de la Tierra, debido a que evitamos las emisiones de radiación. [11] En el mismo año, Wallace Hampton Tucker analizó la idea de una zona habitable galáctica en un sentido más amplio, pero luego canceló sus propios argumentos con trabajos científicos posteriores. [12]
La teoría moderna de la zona habitable galáctica fue propuesta en 1983 por L. S. Marochnik y L. Mukhin, quienes definieron esta área como una zona dentro de la cual la vida inteligente puede florecer [13] [14] . [15] Donald Brownlee y el paleontólogo Peter Ward ampliaron el concepto de una zona galáctica habitable con el resto de los factores necesarios para que prospere la vida compleja en su libro de 2000 Unique Earth: Why Complex Life Is Unusual in the Universe [16] . En el libro, los autores mencionan repetidamente la zona habitable galáctica y otros factores que corresponden a los argumentos a favor de que la vida inteligente no es algo común en el Universo.
La idea se desarrolló aún más en un artículo de 2001 de Ward y Brownlee en colaboración con Guillerimo González de la Universidad de Washington . [17] [18] En este artículo, González, Brownlee y Ward argumentaron que las regiones cercanas al halo galáctico carecían de suficientes elementos pesados para formar planetas habitables similares a la Tierra, limitando así los límites exteriores de la zona habitable galáctica. [10] Por otro lado, la excesiva proximidad al centro de la galaxia expondrá al planeta a numerosas explosiones de supernovas y otras liberaciones energéticas, así como al bombardeo de cometas causado por perturbaciones en la nube de Oort de la estrella . Por lo tanto, los autores delinearon el límite interno de la zona habitable galáctica comenzando cerca del bulto galáctico . [diez]
Para clasificar una ubicación particular en una galaxia como perteneciente a la zona habitable galáctica, se deben observar varios factores diferentes. Los factores incluyen: la distribución de estrellas y brazos espirales, la presencia o ausencia de un núcleo galáctico activo, la frecuencia de explosiones de supernovas que podrían amenazar la vida, la metalicidad de la región y otros factores menos significativos. [10] Sin combinar estos factores, una región dentro de una galaxia no puede albergar vida de manera efectiva.
Uno de los principales requisitos para la vida alrededor de una estrella es la capacidad de formar planetas similares a la Tierra con suficiente masa para sostenerla. Elementos químicos como el hierro , el magnesio , el titanio , el carbono , el oxígeno , el silicio y otros son esenciales para la presencia de planetas habitables. Su concentración y proporción varía significativamente para las diferentes regiones de la galaxia. [diez]
La proporción de elementos más importante: [Fe/ H ], uno de los factores que determina la propensión de la galaxia a producir planetas similares a la Tierra. The Bulge , la región de la galaxia más cercana al centro, tiene una relación [Fe/H] en la región de −0,2 órdenes decimales (dex) en relación con la relación solar ; El disco galáctico que alberga al Sol tiene una metalicidad aproximada de -0,02 dex a una distancia igual a la órbita del Sol alrededor del centro galáctico, encogiéndose en 0,07 dex por cada kiloparsec adicional de distancia orbital. El disco galáctico marginal tiene [Fe/H] del orden de -0,6 dex, mientras que el halo , la región más alejada del centro galáctico, tiene la proporción más baja de [Fe/H] de alrededor de -1,5 dex. [10] Además, las relaciones [C/O], [Mg/Fe], [Si/Fe] y [S/Fe] influyen en la formación de mundos similares a la Tierra. [Mg/Fe] y [Si/Fe] disminuyen lentamente con el tiempo, lo que significa que los mundos similares a la Tierra que se están formando ahora y en el futuro tendrán predominantemente núcleos de hierro. [diez]
Además de los elementos estables que constituyen la mayor parte de un planeta similar a la Tierra, la presencia de radioisótopos como 40 K , 235 U , 238 U y 232 Th es necesaria para calentar el núcleo y el manto planetario, así como para iniciar procesos que producen vida, como la tectónica de placas , el vulcanismo y la dínamo magnética . [10] Relaciones como [U/H] y [Th/H] dependen directamente de la relación [Fe/H]; sin embargo, según los datos existentes actualmente, no es posible hacerse una idea generalizada de la abundancia del isótopo de 40 K. [diez]
Incluso en un planeta con suficientes radioisótopos para calentar el núcleo y el manto, la vida requiere una variedad de moléculas prebióticas para formarse; por lo tanto, la distribución de estas moléculas a lo largo de la galaxia es muy importante para determinar la zona habitable galáctica. [15] En 2008, la científica Samantha Blair y sus colegas intentaron determinar el borde exterior de la zona habitable galáctica basándose en el análisis de las emisiones de formaldehído y monóxido de carbono en varias nubes moleculares ; sin embargo, la evidencia no es concluyente ni completa.
Mientras que un cierto nivel de metalicidad es favorable para la aparición de exoplanetas similares a la Tierra , el exceso de metalicidad es, por el contrario, desfavorable para la vida. El exceso de metalicidad puede conducir a la formación de una gran cantidad de gigantes gaseosos en el sistema planetario, que posteriormente pueden migrar a través de la línea de nieve y convertirse en Júpiter calientes , sacando de órbita a los planetas en la zona habitable. [19] Por lo tanto, el principio de Goldilocks en relación con la metalicidad se ve así: los sistemas planetarios con bajo contenido de metales tienen pocas posibilidades de formar planetas de masa terrestre, mientras que la metalicidad excesiva conduce a la interrupción de la dinámica y la habitabilidad del sistema planetario por parte de los gigantes gaseosos. .
Además, para estar en una región químicamente rica para el desarrollo de la vida, una estrella debe evitar un número excesivo de catástrofes cósmicas que podrían dañar seriamente la vida potencial en planetas aptos para ella. [19] Las supernovas cercanas, por ejemplo, tienen un gran potencial para dañar formas de vida; dada la frecuencia suficiente, tales erupciones pueden esterilizar regiones enteras de la galaxia de la vida durante miles de millones de años. El bulto galáctico, por ejemplo, sufrió una ola de formación estelar acelerada, [10] que a su vez condujo a toda una cascada de explosiones de supernovas que privaron a la región de cualquier condición para la formación de vida durante 5 mil millones de años.
Además de las supernovas, los estallidos de rayos gamma [20] , las cantidades excesivas de radiación, las perturbaciones gravitatorias [19] y una serie de otros eventos presumiblemente podrían influir en la prevalencia de la vida en la Galaxia. Esto incluye, aunque de manera controvertida, las "mareas galácticas" que pueden causar actividad cometaria, e incluso la materia oscura fría [ 20] , que, al atravesar organismos, puede iniciar mutaciones genéticas. [21] Sin embargo, el impacto de estos eventos en la formación de la vida es muy difícil de cuantificar. [19]
Las características morfológicas de una galaxia pueden influir en la zona habitable. Por ejemplo: los brazos espirales son regiones de formación estelar, pero contienen nubes moleculares gigantes, y la densidad de estrellas es tal que puede causar perturbaciones en la Nube de Oort de estrellas vecinas, enviando nubes de cometas y asteroides a planetas y satélites dentro del sistema. [22] Además, la alta densidad de estrellas y la mayor tasa de formación de estrellas aumentan el riesgo de explosiones de supernova, lo que reduce las posibilidades de aparición de formas de vida que nos son familiares. [22] Considerando todos estos factores, el Sol está posicionado más favorablemente para el surgimiento y evolución de la vida, además de estar fuera de los brazos espirales, la órbita de nuestro sol sigue un radio de rotación sincrónica ( corotación ), lo que maximiza el intervalo entre pasajes. de los brazos espirales. [22] [23]
Se cree que los brazos espirales pueden influir en el cambio climático en los planetas. Cuando una estrella pasa a través de las densas nubes moleculares en los brazos espirales de la galaxia , el viento estelar puede ser empujado hacia la estrella, causando que se acumule una capa reflectante de hidrógeno en la atmósfera del planeta. Tal escenario puede llevar al efecto " Tierra bola de nieve" [6] [24]
La barra galáctica , si está presente, también puede afectar el tamaño de la zona habitable. Se cree que los puentes crecen con el tiempo, alcanzando gradualmente el radio de rotación sincrónica de la galaxia y cambiando las órbitas estelares que pasan a través de ellos. [23] Las estrellas de alto metal, como nuestro Sol, están ubicadas en la zona intermedia entre el halo galáctico de bajo metal y el centro galáctico con mayores niveles de radiación, por lo que pueden dispersarse por toda la galaxia en los espacios entre los brazos, influyendo la definición de la zona habitable galáctica. Quizás por eso es imposible trazar una línea uniforme de la zona habitable galáctica. [23]
Los primeros estudios de la zona habitable galáctica, incluido un artículo de 2001 de González, Brownlee y Ward, no trazaron límites específicos, y solo mencionaron que la zona tiene forma de anillo y abarca una región de la galaxia rica en metales y libre. del exceso de radiación, y también que el disco galáctico es el más adecuado para la vida. [10] Estudios más recientes de 2004 realizados por Lineweaver y sus colegas han limitado el círculo a entre 4 y 10 kiloparsecs del Centro Galáctico.
El equipo de Lineweaver también analizó la evolución de la zona habitable galáctica a lo largo del tiempo y descubrió, por ejemplo, que las estrellas cercanas al bulto galáctico deben haberse formado en los últimos dos mil millones de años para tener mundos habitables. [19] Antes de esta ventana de tiempo, cualquier sistema estelar en el bulto habría sido esterilizado de formas de vida por las frecuentes explosiones de supernovas. E incluso después de que se reduzca la amenaza de supernova, el aumento de la metalicidad del núcleo galáctico llevaría a que las estrellas tuvieran un mayor número de gigantes gaseosos, capaces de desestabilizar el sistema estelar y cambiar radicalmente la órbita de cualquier planeta en el circunestelar. zona habitable. [19] Sin embargo, una simulación de 2005 en la Universidad de Washington muestra que, aunque hay Júpiter calientes en el sistema, los planetas similares a la Tierra tienen la posibilidad de permanecer estables durante largos períodos de tiempo. [25]
Un estudio de 2006 realizado por Milan Cirkovic y sus colegas amplió la comprensión de la importancia del tiempo para la zona habitable galáctica mediante el análisis de varias catástrofes cósmicas y fluctuaciones temporales en la dinámica galáctica. [20] En el artículo, los científicos llegaron a la afirmación bastante controvertida de que la cantidad de planetas habitables puede fluctuar mucho con el tiempo debido a la imprevisibilidad de las catástrofes cósmicas, lo que conduce a un equilibrio puntuado en el que los planetas con condiciones habitables aparecen varias veces más a menudo. que otros. [20] Con base en los resultados de las simulaciones de Monte Carlo de la Vía Láctea , el equipo concluyó que la cantidad de planetas habitables aumenta con el tiempo, pero no siempre en una secuencia lineal. [veinte]
Investigaciones más recientes han redefinido radicalmente la zona habitable galáctica como un círculo. En un artículo de 2008, Nikos Prantzos sugirió que, si bien la mayor probabilidad de evitar la esterilización de una supernova se encuentra a 10 kiloparsecs del centro, la mayor densidad de estrellas más cerca del núcleo galáctico significa que se puede detectar la mayor cantidad de planetas habitables exactamente allí. [3] Un estudio de 2011 realizado por Michael Gowanlock calculó la cantidad de planetas que podrían sobrevivir a una explosión de supernova en función de su distancia al núcleo galáctico, su altura sobre el plano galáctico y su edad, y finalmente concluyó que solo el 0,3 % de los Las estrellas de la galaxia actualmente pueden albergar vida compleja, o un 1,2 %, suponiendo que la captura de planetas por las mareas de las enanas rojas no impida la aparición de formas de vida complejas . [una]
Como puede ver, la teoría de la zona habitable galáctica está llena de contradicciones, y la comprensión de este tema solo se expandirá con el crecimiento de nuestro conocimiento sobre la galaxia y su estructura, los patrones de eventos cósmicos y el descubrimiento de nuevos planetas en las zonas habitables de sus estrellas.
La idea de la Zona Habitable Galáctica ha sido criticada por Nikos Prantzos con el argumento de que los parámetros que determinan su origen ni siquiera pueden determinarse a grandes rasgos, por lo que la Zona Habitable Galáctica puede considerarse más una idea conceptual necesaria para una mejor comprensión de la distribución de la vida, más que un fin en sí mismo. [3] En base a esto, Prantzos considera habitable a toda la galaxia y no limita la vida a un lugar particular en el espacio o el tiempo. [3] Además, las estrellas "en la parte superior" de las nubes espirales galácticas pueden desplazarse decenas de miles de años luz de su órbita original, lo que respalda la suposición de que no existe una zona habitable galáctica específica. [4] [5] [6] Una simulación de Monte Carlo mejorada en los mecanismos utilizados por Circovitch en 2006 fue realizada por Duncan Forgan en 2010 en el Observatorio Real de Edimburgo . Los datos recopilados durante el experimento respaldan la idea de Prantzos de que no existe una zona galáctica habitable bien definida, lo que da esperanzas sobre la existencia de cientos de civilizaciones extraterrestres en la Vía Láctea, aunque requiere datos observacionales adicionales para llegar a una conclusión más concreta y menos precisa. conclusiones vagas. [26]