Habitabilidad de los sistemas estelares de secuencia principal de tipo G

La habitabilidad de los sistemas de enanas amarillas define la idoneidad para la vida de los exoplanetas pertenecientes a estrellas enanas amarillas . Estos sistemas son objeto de estudio entre la comunidad científica porque se consideran los más adecuados para albergar organismos vivos , junto con los pertenecientes a estrellas ^de tipo K. ^{[ 1} ]

Las enanas amarillas comprenden las estrellas de tipo G de la secuencia principal , con masas entre 0,9 y 1,1 M☉ y temperaturas superficiales entre 5000 y 6000 K , como el Sol. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Son las terceras más comunes en la Vía Láctea y las únicas en las que la zona habitable coincide completamente con la zona habitable ultravioleta. ^{[ 2 ] [ 4 ]}

Dado que la zona habitable se encuentra más lejos en las estrellas más masivas y luminosas, la separación entre la estrella principal y el borde interior de esta región es mayor en las enanas amarillas que en las enanas rojas y naranjas . ^{[ 5 ]} Por lo tanto, los planetas ubicados en esta zona de estrellas de tipo G están a salvo de las intensas emisiones estelares que ocurren después de su formación y no se ven tan afectados por la influencia gravitacional de su estrella como aquellos que pertenecen a cuerpos estelares más pequeños. ^{[ 6 ] [ 7 ]} Así, todos los planetas en la zona habitable de tales estrellas superan el límite de acoplamiento de marea y, por lo tanto, su rotación no está sincronizada con su órbita . ^{[ 7 ]}

La Tierra , orbitando una enana amarilla, representa el único ejemplo conocido de habitabilidad planetaria. Por esta razón, el principal objetivo en el campo de la exoplanetología es encontrar un planeta análogo a la Tierra que cumpla con sus características principales, como tamaño, temperatura promedio y ubicación alrededor de una estrella similar al Sol. ^{[ 8 ] [ 9 ]} Sin embargo, las limitaciones tecnológicas dificultan la búsqueda de estos objetos debido a la infrecuencia de sus tránsitos o a sus pequeñas semi-amplitudes de velocidad radial , ambas consecuencias de la distancia que los separa de sus estrellas o semieje mayor . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

Las estrellas enanas amarillas corresponden a las estrellas de clase G de la secuencia principal , con una masa entre 0,9 y 1,1 M☉ , ^{[ 2 ]} y temperaturas superficiales entre 5000 y 6000 K. ^{[ 3 ]} Dado que el Sol mismo es una enana amarilla, de tipo G2V, ^{[ 12 ]} estos tipos de estrellas también se conocen como análogos solares . ^{[ 13 ] [ 14 ]} Ocupan el tercer lugar entre las estrellas más comunes de la secuencia principal, después de las enanas rojas y naranjas , con una representatividad del 10% del total de la Vía Láctea . ^{[ 2 ]} Permanecen en la secuencia principal durante aproximadamente 10 mil millones de años. Después del Sol, la estrella de tipo G más cercana a la Tierra es Alfa Centauri A , a 4,4 años luz de distancia y perteneciente a un sistema estelar múltiple. ^{[ 2 ] [ 15 ]}

Todas las estrellas pasan por una fase de intensa actividad después de su formación debido a su rotación , que es mucho más rápida al comienzo de sus vidas. ^{[ 6 ]} La duración de este período varía según la masa del objeto: las estrellas menos masivas pueden permanecer en este estado hasta por 3 mil millones de años, en comparación con 500 millones para las estrellas de tipo G. ^{[ 16 ] [ 17 ]} Estudios del equipo de Edward Guinan , astrofísico de la Universidad de Villanova , revelan que el Sol rotaba diez veces más rápido en sus primeros días. Dado que la velocidad de rotación de una estrella afecta su campo magnético , las emisiones de rayos X y UV del Sol eran cientos de veces más intensas que en la actualidad. ^{[ 6 ]}

La extensión de esta fase en las enanas rojas, así como el probable acoplamiento de marea ^{[ 18 ]} de sus planetas potencialmente habitables con respecto a ellas, podría eliminar el campo magnético de estos planetas, lo que resultaría en la pérdida de casi toda su atmósfera y agua al espacio por interacción con el viento estelar . ^{[ 6 ]} En contraste, el semieje mayor de los objetos planetarios pertenecientes a la zona habitable de las estrellas de tipo G es lo suficientemente amplio como para permitir la rotación planetaria. ^{[ 7 ] [ 19 ]} Además, la duración del período de intensa actividad estelar es demasiado corta para eliminar una parte significativa de la atmósfera en planetas con masas similares o mayores que la de la Tierra, que tienen una gravedad y magnetosfera capaces de contrarrestar los efectos de los vientos estelares. ^{[ 17 ]}

La zona habitable alrededor de las enanas amarillas varía según su tamaño y luminosidad, aunque el límite interior suele estar en 0,84 UA y el exterior en 1,67 en una enana de clase G2V como el Sol. ^{[ 20 ]} Para una estrella de clase G5V con un radio de 0,95 R☉ —más pequeña que el Sol— la zona habitable correspondería a la región ubicada entre 0,8 y 1,58 UA con respecto a la estrella. Para una estrella G0V —más grande que el Sol— estaría ubicada a una distancia de entre 1 y 2 UA del cuerpo estelar. ^{[ 21 ]} En órbitas más pequeñas que el límite interior de la zona habitable, se desencadenaría un proceso de evaporación de agua, separación de hidrógeno por fotólisis y pérdida de hidrógeno al espacio por escape hidrodinámico . ^{[ 22 ]} Más allá del límite exterior de la zona habitable, las temperaturas serían lo suficientemente bajas como para permitir la condensación de CO ₂ , lo que conduciría a un aumento del albedo y a una reducción por retroalimentación del efecto invernadero hasta que se produjera una glaciación global permanente. ^{[ 23 ]}

El tamaño de la zona habitable es directamente proporcional a la masa y luminosidad de su estrella, por lo que cuanto más grande es la estrella, mayor es la zona habitable y más lejos de su superficie. ^{[ 5 ]} Las enanas rojas, las más pequeñas de la secuencia principal, tienen una zona habitable muy pequeña cerca de ellas, lo que somete a cualquier planeta potencialmente habitable en el sistema a los efectos de su estrella, incluido el probable acoplamiento de marea . ^{[ 24 ]} Incluso en una pequeña enana amarilla como Tau Ceti , de tipo G8.5V, el límite de acoplamiento está en 0,4237 UA frente a las 0,522 UA que marcan el límite interior de la zona habitable, por lo que cualquier objeto planetario que orbite una estrella de clase G en esta región superará con creces el límite de acoplamiento y tendrá ciclos de día y noche como la Tierra. ^{[ 25 ]}

En las enanas amarillas, esta región coincide completamente con la zona de habitabilidad ultravioleta. ^{[ 4 ]} Esta área está determinada por un límite interno más allá del cual la exposición a la radiación ultravioleta sería demasiado alta para el ADN y por un límite externo que proporciona los niveles mínimos para que los seres vivos lleven a cabo sus procesos biogénicos. ^{[ 26 ]} En el Sistema Solar , esta región se encuentra entre 0,71 y 1,9 UA con respecto al Sol, en comparación con las 0,84–1,67 UA que marcan los extremos de la zona habitable. ^{[ 4 ] [ 20 ]}

Dada la longitud de la secuencia principal en las estrellas de tipo G, ^{[ 27 ]} los niveles de radiación ultravioleta en su zona habitable , ^{[ 4 ]} el semieje mayor del límite interior de esta región ^{[ 20 ]} y la distancia a su límite de acoplamiento de marea , ^{[ 28 ]} entre otros factores, las enanas amarillas se consideran las más hospitalarias para la vida después de las estrellas de tipo K. ^{[ 1 ]}

Uno de los objetivos de la investigación exoplanetaria es encontrar un objeto que posea las características principales de nuestro planeta, como radio , masa , temperatura , composición atmosférica y que pertenezca a una estrella similar al Sol. ^{[ 9 ] [ 29 ]} En teoría, estos análogos de la Tierra deberían tener condiciones de habitabilidad comparables que permitirían la proliferación de vida extraterrestre . ^{[ 9 ] [ 30 ]}

Basándose en los serios problemas para la habitabilidad planetaria que presentan los sistemas de enanas rojas y los cuerpos estelares de tipo F o superior, las únicas estrellas que podrían ofrecer un escenario tolerable para la vida serían las de tipo K y G. ^{[ 1 ]} Los análogos solares solían considerarse los candidatos más probables para albergar un sistema planetario similar al solar, y como los mejor posicionados para sustentar formas de vida basadas en el carbono y océanos de agua líquida . ^{[ 31 ]} Estudios posteriores, como "Superhabitable Worlds" ^{[ 32 ]} de René Heller y John Armstrong, establecen que las enanas naranjas pueden ser más adecuadas para la vida que las enanas de tipo G, y albergan planetas superhabitables hipotéticos . ^{[ 4 ] [ 33 ]}

Sin embargo, las enanas amarillas siguen representando el único tipo estelar para el que existe evidencia de su idoneidad para la vida. Además, mientras que en otros tipos de estrellas la zona habitable no coincide completamente con la zona habitable ultravioleta, en las estrellas de clase G la zona habitable se encuentra completamente dentro de los límites de esta última. ^{[ 4 ]} Finalmente, las enanas amarillas tienen una fase inicial mucho más corta de intensa actividad estelar que las estrellas de tipo K y tipo M, lo que permite que los planetas pertenecientes a análogos solares conserven sus atmósferas primordiales con mayor facilidad y las mantengan durante gran parte de la secuencia principal . ^{[ 17 ]}

La mayoría de los exoplanetas descubiertos han sido detectados por el telescopio espacial Kepler , que utiliza el método de tránsito para encontrar planetas alrededor de otros sistemas. ^{[ 34 ] [ 35 ]} Este procedimiento analiza el brillo de las estrellas para detectar caídas que indican el paso de un objeto planetario frente a ellas desde la perspectiva del observatorio. ^{[ 36 ]} Es el método que ha tenido más éxito en la investigación de exoplanetas , junto con el método de velocidad radial , ^{[ 37 ]} que consiste en analizar las vibraciones causadas en las estrellas por los efectos gravitacionales de los planetas que las orbitan. ^{[ 38 ]} El uso de estos procedimientos con las limitaciones de los telescopios actuales hace que sea difícil encontrar objetos con órbitas similares a las órbitas de la Tierra o más altas, lo que genera un sesgo a favor de planetas con un semieje mayor corto . ^{[ 29 ]} En consecuencia, la mayoría de los exoplanetas detectados son excesivamente calientes ^{[ 38 ]} o pertenecen a estrellas de baja masa, cuya zona habitable está cerca de ellas y cualquier objeto que orbite en esta región tendrá un año significativamente más corto que la Tierra. ^{[ 10 ]}

Los cuerpos planetarios pertenecientes a la zona habitable de las enanas amarillas, como Kepler-22b , 82 G. Eridani d o la Tierra , tardan cientos de días en completar una órbita alrededor de su estrella. ^{[ 39 ] [ 11 ]} La mayor luminosidad de estas estrellas, la escasez de tránsitos y el semieje mayor de sus planetas ubicados en la zona habitable reducen las probabilidades de detectar esta clase de objetos y aumentan considerablemente el número de falsos positivos , como en los casos de KOI-5123.01 y KOI-5927.01. ^{[ 40 ] [ 41 ]} Los observatorios terrestres y orbitales proyectados para los próximos diez años pueden aumentar los descubrimientos de análogos de la Tierra en sistemas de enanas amarillas. ^{[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]}

• Astrobiología
• Zona habitable circunestelar
• análogo de la Tierra
• Planeta superhabitable
• Habitabilidad de los satélites naturales
• Habitabilidad de los sistemas de enanas rojas
• Habitabilidad de los sistemas estelares de secuencia principal de tipo K
• Habitabilidad de los sistemas estelares de secuencia principal de tipo F
• Lista de exoplanetas potencialmente habitables

• Heller, René; Armstrong, John (2014). " Mundos superhabitables" . Astrobiología . 14 (1): 50– 66. arXiv : 1401.2392 . Bibcode : 2014AsBio..14...50H . doi : 10.1089/ast.2013.1088 . PMID 24380533. S2CID 1824897 .  
• Kasting, James F.; Whitmire, Daniel P.; Reynolds, Ray T. (1993). "Zonas habitables alrededor de estrellas de la secuencia principal". Icarus . 1 (101): 101– 128. Bibcode : 1993Icar..101..108K . doi : 10.1006/icar.1993.1010 . PMID 11536936 . 
• Perryman, Michael (2011). El manual de exoplanetas . Cambridge University Press . ISBN 978-0-521-76559-6.
• Ulmschneider, Peter (2006). Vida inteligente en el universo: principios y requisitos para su surgimiento (Avances en astrobiología y biogeofísica) . Springer. ISBN 978-3540328360.