zona habitable galáctica

La idea de la zona habitable circunestelar fue introducida en 1953 por Hubertus Strughold y Harlow Shapley ^{[ 7 ] [ 8 ]} y en 1959 por Su-Shu Huang ^{[ 9 ]} como la región alrededor de una estrella en la que un planeta en órbita podría retener agua en su superficie. A partir de la década de 1970, los científicos planetarios y astrobiólogos comenzaron a considerar otros factores necesarios para la creación y el sustento de la vida, incluido el impacto que una supernova cercana puede tener en el desarrollo de la vida. ^{[ 10 ]} En 1981, el científico informático Jim Clarke propuso que la aparente falta de civilizaciones extraterrestres en la Vía Láctea podría explicarse por los estallidos de tipo Seyfert de un núcleo galáctico activo , y que solo la Tierra se libraría de esta radiación en virtud de su ubicación en la galaxia. ^{[ 11 ]} En el mismo año, Wallace Hampton Tucker analizó la habitabilidad galáctica en un contexto más general, pero trabajos posteriores superaron sus propuestas. ^{[ 12 ]}

La teoría moderna de la zona habitable galáctica fue introducida en 1986 por LS Marochnik y LM Mukhin del Instituto Ruso de Investigación Espacial , quienes definieron la zona como la región en la que la vida inteligente podría florecer. ^{[ 13 ]} Donald Brownlee y el paleontólogo Peter Ward ampliaron el concepto de una zona habitable galáctica, así como los otros factores necesarios para el surgimiento de la vida compleja , en su libro de 2000 Rare Earth: Why Complex Life is Uncommon in the Universe . ^{[ 14 ]} En ese libro, los autores utilizaron la zona habitable galáctica, entre otros factores, para argumentar que la vida inteligente no es un fenómeno común en el Universo.

La idea de una zona habitable galáctica se desarrolló aún más en 2001 en un artículo de Ward y Brownlee, en colaboración con Guillermo González de la Universidad de Washington . ^{[ 15 ] [ 16 ]} En ese artículo, González, Brownlee y Ward afirmaron que las regiones cercanas al halo galáctico carecerían de los elementos más pesados ​​necesarios para producir planetas terrestres habitables , creando así un límite exterior al tamaño de la zona habitable galáctica. ^{[ 10 ]} Sin embargo, estar demasiado cerca del centro galáctico expondría a un planeta que de otro modo sería habitable a numerosas supernovas y otros eventos cósmicos energéticos, así como a impactos cometarios excesivos causados ​​por perturbaciones de la nube de Oort de la estrella anfitriona . Por lo tanto, los autores establecieron un límite interior para la zona habitable galáctica, ubicado justo fuera del bulbo galáctico . ^{[ 10 ]}

Uno de los requisitos más básicos para la existencia de vida alrededor de una estrella es la capacidad de esa estrella para producir un planeta terrestre con la masa suficiente para sustentarla. Se requieren varios elementos, como hierro , magnesio , titanio , carbono , oxígeno , silicio y otros, para producir planetas habitables, y la concentración y las proporciones de estos varían en toda la galaxia. ^{[ 10 ]}

La relación elemental de referencia más común es la de Fe/H , uno de los factores que determinan la propensión de una región de la galaxia a producir planetas terrestres. El bulbo galáctico , la región de la galaxia más cercana al centro galáctico, tiene una distribución [Fe/H] que alcanza su máximo en −0,2 unidades de exponente decimal (dex) en relación con la relación del Sol (donde −1 sería 1/10 de dicha metalicidad ); el disco delgado , en el que se encuentran sectores locales del brazo local , tiene una metalicidad promedio de −0,02 dex a la distancia orbital del Sol alrededor del centro galáctico, reduciéndose en 0,07 dex por cada kiloparsec adicional de distancia orbital. El disco grueso extendido tiene un promedio de [Fe/H] de − 0,6 dex, mientras que el halo , la región más alejada del centro galáctico, tiene el pico de distribución de [Fe/H] más bajo, alrededor de − 1,5 dex. ^{[ 10 ]} Además, las proporciones como [C/O], [Mg/Fe], [Si/Fe] y [S/Fe] pueden ser relevantes para la capacidad de una región de una galaxia de formar planetas terrestres habitables, y de estas, [Mg/Fe] y [Si/Fe] se están reduciendo lentamente con el tiempo, lo que significa que los futuros planetas terrestres tienen más probabilidades de poseer núcleos de hierro más grandes. ^{[ 10 ]}

Además de cantidades específicas de los diversos elementos estables que componen la masa de un planeta terrestre, se requiere una abundancia de radionúclidos como ⁴⁰ K , ²³⁵ U , ²³⁸ U y ²³² Th para calentar el interior del planeta e impulsar procesos vitales como la tectónica de placas , el vulcanismo y una dinamo geomagnética . ^{[ 10 ]} Las relaciones [U/H] y [Th/H] dependen de la relación [Fe/H]; sin embargo, no es posible crear una función general para la abundancia de ⁴⁰ K con los datos existentes. ^{[ 10 ]}

Incluso en un planeta habitable con suficientes radioisótopos para calentar su interior, se requieren varias moléculas prebióticas para producir vida; por lo tanto, la distribución de estas moléculas en la galaxia es importante para determinar la zona habitable galáctica. ^{[ 13 ]} Un estudio de 2008 realizado por Samantha Blair y sus colegas intentó determinar el borde exterior de la zona habitable galáctica mediante el análisis de las emisiones de formaldehído y monóxido de carbono de varias nubes moleculares gigantes dispersas por toda la Vía Láctea; sin embargo, los datos no son ni concluyentes ni completos.

Si bien una metalicidad alta es beneficiosa para la creación de planetas extrasolares terrestres , un exceso puede ser perjudicial para la vida. El exceso de metalicidad puede conducir a la formación de una gran cantidad de gigantes gaseosos en un sistema dado, que posteriormente pueden migrar desde más allá de la línea de congelación del sistema y convertirse en Júpiter calientes , perturbando planetas que de otro modo se habrían ubicado en la zona habitable circunestelar del sistema. ^{[ 17 ]} Por lo tanto, se encontró que el principio de Ricitos de Oro también se aplica a la metalicidad; los sistemas de baja metalicidad tienen bajas probabilidades de formar planetas de masa terrestre, mientras que las metalicidades excesivas causan el desarrollo de una gran cantidad de gigantes gaseosos, perturbando la dinámica orbital del sistema y alterando la habitabilidad de los planetas terrestres en el sistema.

Además de estar en una región de la galaxia químicamente favorable para el desarrollo de la vida, una estrella también debe evitar un número excesivo de eventos cósmicos catastróficos con el potencial de dañar la vida en sus planetas que de otro modo serían habitables. ^{[ 17 ]} Las supernovas cercanas, por ejemplo, tienen el potencial de dañar gravemente la vida en un planeta; con una frecuencia excesiva, tales estallidos catastróficos tienen el potencial de esterilizar una región entera de una galaxia durante miles de millones de años. El bulbo galáctico, por ejemplo, experimentó una ola inicial de formación estelar extremadamente rápida, ^{[ 10 ]} desencadenando una cascada de supernovas que durante cinco mil millones de años dejó esa área casi completamente incapaz de desarrollar vida.

Además de las supernovas, los estallidos de rayos gamma , ^{[ 18 ]} cantidades excesivas de radiación, perturbaciones gravitacionales ^{[ 17 ]} y otros eventos se han propuesto como factores que afectan la distribución de la vida en la galaxia. Entre estos se incluyen, de forma controvertida, propuestas como las "mareas galácticas", con el potencial de inducir impactos de cometas o incluso cuerpos fríos de materia oscura ^{[ 18 ]} que atraviesan organismos e inducen mutaciones genéticas. ^{[ 19 ]} Sin embargo, el impacto de muchos de estos eventos puede ser difícil de cuantificar. ^{[ 17 ]}

Diversas características morfológicas de las galaxias pueden afectar su potencial de habitabilidad. Los brazos espirales, por ejemplo, son el lugar de formación estelar, pero contienen numerosas nubes moleculares gigantes y una alta densidad de estrellas que pueden perturbar la nube de Oort de una estrella , enviando avalanchas de cometas y asteroides hacia cualquier planeta que se encuentre más adentro. ^{[ 20 ]} Además, la alta densidad de estrellas y la tasa de formación de estrellas masivas pueden exponer a cualquier estrella que orbite dentro de los brazos espirales durante demasiado tiempo a explosiones de supernovas, reduciendo sus perspectivas de supervivencia y desarrollo de vida. ^{[ 20 ]} Considerando estos factores, el Sol está ventajosamente ubicado dentro de la galaxia porque, además de estar fuera de un brazo espiral, orbita cerca del círculo de corrotación , maximizando el intervalo entre cruces de brazos espirales. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

Los brazos espirales también tienen la capacidad de provocar cambios climáticos en un planeta. Al atravesar las densas nubes moleculares de los brazos espirales galácticos, los vientos estelares pueden retroceder hasta el punto de que se acumule una capa reflectante de hidrógeno en la atmósfera de un planeta en órbita, lo que podría conducir a un escenario de Tierra bola de nieve . ^{[ 6 ] [ 22 ]}

Una barra galáctica también tiene el potencial de afectar el tamaño de la zona habitable galáctica. Se cree que las barras galácticas crecen con el tiempo, alcanzando eventualmente el radio de corrotación de la galaxia y perturbando las órbitas de las estrellas que ya se encuentran allí. ^{[ 21 ]} Las estrellas de alta metalicidad, como el Sol, por ejemplo, ubicadas en una posición intermedia entre el halo galáctico de baja metalicidad y el centro galáctico de alta radiación, pueden estar dispersas por toda la galaxia, afectando la definición de la zona habitable galáctica. Se ha sugerido que, por esta razón, podría ser imposible definir correctamente una zona habitable galáctica. ^{[ 21 ]}