Hasta donde sabemos, la vida extraterrestre necesita planetas rocosos para vivir. Los primeros planetas de este tipo podrían haber estado llenos de carbono, con formas de vida tempranas que aparecen en mundos con capas de diamantes debajo de sus costras y rocas de superficie negra como el carbón.
Un estudio reciente de Natalie Mashian y Avi Loeb en el Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica analizó la formación de planetas alrededor de estrellas pobres en metales (CEMP) con carbono mejorado. Este tipo de estrellas probablemente se formaron en el universo temprano, justo después de que la primera generación de estrellas masivas quemara su combustible nuclear y explotara como supernovas. Si hay planetas alrededor de tales estrellas, significa que la vida podría haber aparecido en el universo dentro de un par de cientos de millones de años del Big Bang, hace 13.800 millones de años. Estudios anteriores sugirieron que podría haber tomado más tiempo; El sistema de exoplanetas más antiguo descubierto hasta ahora, Kepler 444, rodea una estrella que tiene unos 11.200 millones de años.
Los elementos como el hierro y el silicio generalmente se consideran esenciales para hacer planetas, porque forman granos de polvo alrededor de los cuales se pueden formar cuerpos más grandes a través de la acumulación gravitacional. Incluso los gigantes gaseosos ricos en hidrógeno como Júpiter comenzaron a partir de una "semilla" como esa. Sin embargo, los CEMP no tienen tantos elementos pesados como el hierro como nuestro Sol, solo la centésima milésima parte, lo que dice algo, ya que el Sol es solo 0.003 por ciento de hierro. Entonces, si los CEMP se forman principalmente a partir de nubes de gas y polvo de carbono, oxígeno y nitrógeno, una pregunta es si podrían formarse planetas como la Tierra, con superficies sólidas.
Mashian y Loeb sugieren que los planetas pueden de hecho acrecentarse en una nebulosa así y, por lo tanto, alrededor de los CEMP. Los astrónomos podrían encontrarlos con algunos de los últimos telescopios espaciales e instrumentos futuros, como el Telescopio Espacial James Webb, a medida que entren en línea. "Los métodos son los mismos [que para las misiones de exoplanetas anteriores]", dijo Loeb a Smithsonian.com. "Buscarías planetas en tránsito por sus estrellas".
En su estudio, Mashian y Loeb modelan las distancias desde los CEMP que formarían los planetas y qué tan grandes podrían ser. Dichos planetas tendrían poco hierro y silicio, los elementos que componen una gran parte de la Tierra. En cambio, serían más ricos en carbono. Descubrieron que el tamaño máximo tendería a ser aproximadamente 4, 3 veces el radio de la Tierra. Un planeta de carbono, según el estudio, también permitiría que se formaran muchas moléculas de hidrocarburos en la superficie, siempre que la temperatura no sea demasiado alta. Y cualquier planeta con una masa de menos de aproximadamente 10 veces la de la Tierra mostraría mucho monóxido de carbono y metano en su atmósfera, según el estudio.
En una nebulosa rica en elementos más ligeros, agregó que también es probable que haya agua, otro componente clave de una biosfera. "Incluso con niveles bajos de oxígeno, el hidrógeno tiende a combinarse con él y a producir agua", dijo. Entonces, un planeta de carbono podría tener agua presente. Loeb dijo en un comunicado que, dado que la vida misma está basada en el carbono, es un buen augurio para la apariencia de los seres vivos.
Los CEMP son tan pobres en elementos más pesados porque fueron construidos a partir de los restos de las primeras estrellas en aparecer en el universo, gigantes con cientos de veces la masa del sol. El núcleo de una estrella masiva es como una cebolla. Los elementos más pesados creados por la fusión nuclear están hacia el centro: el hierro, el magnesio y el silicio están en las capas más internas, mientras que el carbono, el oxígeno y algo de helio e hidrógeno restantes están en las capas externas. Loeb dijo que gran parte del material en las capas internas, esos elementos más pesados, volverá a caer en el agujero negro que se forma después de que la estrella se convierta en una supernova. Mientras tanto, los elementos más ligeros serán expulsados al espacio para formar nuevas estrellas. Esas estrellas, que se forman a partir de los gases que quedaron de la primera, serían pobres en metales como el hierro, pero ricas en carbono: los CEMP.
Solo más tarde, cuando las estrellas menos masivas envejecen y explotan como supernovas, los metales más pesados pueden salir. Una estrella por debajo de 25 masas solares colapsará en una estrella de neutrones o terminará como una enana blanca. A diferencia de los agujeros negros, las estrellas de neutrones y las enanas blancas no tienen velocidades de escape más rápidas que la luz, por lo que es mucho más probable que la explosión de supernova propague el hierro desde el núcleo de la estrella. Es por eso que las estrellas como el sol tienen tanto hierro como ellos, y por qué la Tierra tiene elementos aún más pesados.
Sin embargo, si tales planetas tienen vida o no, sigue siendo una pregunta abierta. El estudio en sí está más preocupado por hacer que los planetas se formen en primer lugar, lo cual es un paso esencial para la vida. "Mi estudiante graduado [Mashian] es conservador", bromeó Loeb. Para ver signos de vida, uno necesita ver las atmósferas de los planetas en cuestión. El objetivo sería la firma del oxígeno, que en ausencia de alguna forma de reponerlo, desaparecerá de la atmósfera de un planeta al reaccionar con las rocas superficiales. En la Tierra, el oxígeno es producido por las plantas, que absorben dióxido de carbono. Los extraterrestres que miran la atmósfera de nuestro propio planeta notarán que algo está pasando.
Ver esas atmósferas, suponiendo que se encuentren los propios planetas, probablemente requerirá telescopios más potentes de los que están disponibles ahora. "[El telescopio espacial James Webb] podría hacerlo marginalmente para las estrellas más cercanas", dijo. "Pero los CEMP están diez veces más lejos".
