Todos sabemos que para que haya vida en un mundo se necesitan tres elementos fundamentales: agua, calor y alimentos. Ahora agregue a eso un factor llamado “entropía”. Desempeña un papel a la hora de determinar si un planeta determinado puede sostener y desarrollar vida compleja.

El científico Luigi Petraccone, investigador de química de la Universidad de Nápoles en Italia, analizó la entropía planetaria. Le interesa saber cómo los científicos seleccionan planetas que podrían ser habitables. Publicó un artículo que examina algo llamado “producción de entropía planetaria”. (ENERGÍA). Así es como funciona.

Un mundo habitable necesita una biosfera con cosas que vivan en su interior. Toda la vida crece y se expande utilizando el agua, el calor y los recursos alimentarios disponibles. Resulta que la entropía se desarrolla dentro de la biosfera de un mundo. Y necesita una PEP relativamente alta.

Eso hace que sea más probable que tenga sistemas vivos complejos y significa que sería un buen objetivo para la exploración. Y, según el artículo de Petraccone, no importa cuál sea la base química de esa vida: si carbono, silicio o algún otro elemento. Lo que importa es cómo avanza la vida hacia una mayor complejidad.

Planeta dorado con nubes y atmósfera teñida de azul con sol en el fondo
Ilustración de Kepler-186f, un exoplaneta recientemente descubierto, posiblemente similar a la Tierra, que podría albergar vida. Los científicos podrían utilizar este o uno similar para medir la producción de entropía planetaria como preludio a la exploración. (NASA Ames/Instituto SETI/JPL-Caltech/T. Pyle)

¿Qué es la entropía?

Antes de profundizar en el artículo de Petraccone, hablemos de entropía. La definición del diccionario de física es: “una cantidad termodinámica que representa la falta de disponibilidad de la energía térmica de un sistema para su conversión en trabajo mecánico”.

La segunda ley de la termodinámica requiere que el universo se mueva en una dirección en la que la entropía aumenta.

Esto parece un poco complejo, así que pensemos en la entropía como una medida de aleatoriedad o desorden en un sistema. Un sistema ordenado tiene exactamente suficiente energía para hacer las cosas que necesita hacer.

Si produce (o gana) más energía, eso se expresa en un estado más alto de entropía. Los seres vivos están muy ordenados y requieren un aporte constante de energía para mantener un estado de baja entropía.

Producen desechos y subproductos y, por supuesto, pierden energía como parte del proceso de la vida. Cuanta más energía entra en un sistema y posteriormente ese sistema la pierde en su entorno, menos ordenadas y más aleatorias se vuelven las cosas. Esencialmente, cuanto mayor sea su estado de entropía.

La entropía en biología entra en juego cuando nos fijamos en los sistemas que contribuyen a la vida en un planeta. Petraccone escribe:

“El grado de producción de entropía es proporcional a la capacidad de tales sistemas para disipar energía libre y así “vivir”, evolucionar y crecer en complejidad. Generalmente, se debe superar un cierto umbral de producción de entropía para que surjan estructuras autoorganizadas complejas. Por lo tanto, la producción de entropía puede considerarse como el impulso termodinámico que impulsa el surgimiento y la evolución de la vida”.

Esto nos lleva a la “producción de entropía planetaria” (PEP) que puede ayudar a los científicos a centrarse en planetas que probablemente sean aptos para la vida.

Los más habitables serán aquellos donde la vida pueda generar mayor entropía. Cuanto más complejas y dinámicas sean las formas de vida, más entropía producirán y mayor valor de PEP mantendrán. Petraccone propone que diferentes planetas tendrán más o menos potencial energético, prediciendo qué planetas tienen más probabilidades de ser habitables.

Es importante averiguar dónde y si ocurre vida en un planeta. Primero, debe estar dentro de la zona habitable circunestelar (CHZ) de su estrella. Ahí es donde el agua puede existir en la superficie en estado líquido.

También importa en qué parte del CHZ orbita el planeta. Si está demasiado cerca del borde interior, puede perder toda el agua que tenga debido al calentamiento estelar (y al efecto invernadero descontrolado). Si está más cerca del borde exterior, puede que no sea tan hospitalario como uno en el área central del CHZ. Además, un planeta determinado puede estar en la parte perfecta de la zona pero tener otros desafíos para sustentar una biosfera.

¿Por qué no buscar planetas en todo el CHZ? Existen diferencias termodinámicas entre los bordes interior y exterior del CHZ. El borde interior es más ventajoso para el desarrollo de biosferas complejas.

Tanto la PEP como la energía libre disponible para planetas similares a la Tierra aumentan con la temperatura estelar. Con esa información, Petraccone y su equipo aplicaron sus cálculos para evaluar la PEP y la energía libre de una muestra seleccionada de planetas habitables propuestos.

Los científicos también necesitan determinar el límite superior del valor PEP de un mundo y la correspondiente energía libre que recibe en función de la temperatura estelar y los parámetros orbitales planetarios.

Petraccone escribe, por ejemplo, que sólo los planetas similares a la Tierra en el CHZ de las estrellas G y F pueden tener un valor de PEP mayor que el valor de la Tierra (la Tierra es lo que usamos para comparar). Eso significa que probablemente albergarían vida, a diferencia de los planetas en otras partes de la zona habitable.

Ilustración que destaca las zonas habitables alrededor de tres tipos de estrellas.
Ilustración artística de la zona habitable circunestelar alrededor de diferentes tipos de estrellas. El CHZ juega un papel en la producción de entropía planetaria de un planeta determinado. (NASA)

¿Por qué utilizar la PEP como fundamento de la habitabilidad planetaria?

Curiosamente, entre los exoplanetas habitables propuestos recientemente, el llamado “Hycean” Estos mundos parecen los mejores candidatos termodinámicamente. Se trata de planetas con océanos de agua líquida y atmósferas ricas en hidrógeno. Nuestro planeta es un buen ejemplo y puede utilizarse como “hoja de ruta” a la evaluación.

Los científicos ya estánestudiando la mejor combinación de tierra y océanos para un mundo habitable, utilizando la Tierra como análogo. Se encuentra cerca del borde interior del CHZ del Sol, lo que lo coloca en el lugar correcto para tener un valor de PEP más alto.

Si asumimos que el valor PEP de la Tierra es necesario para la vida, esto permitirá a los científicos planetarios idear una “zona entrópica habitable” para la vida. (o EHZ). Incluye la distancia desde una estrella donde un planeta tiene agua líquida más un alto valor de PEP.

Si se aplican esos criterios a los planetas, parece que los mundos alrededor de estrellas de baja masa no desarrollarían un EHZ lo suficientemente alto como para sustentar la vida. Tampoco podrían hacerlo las estrellas M y K. Sin embargo, una fracción de los mundos alrededor de las estrellas F y G podrían aterrizar en la “zona” de la suerte. y proceder a desarrollar la vida.

Seleccionar esos posibles planetas habitables

Hoy en día vemos cada vez más descubrimientos de exoplanetas alrededor de estrellas cercanas. Examinarlos a todos en busca de vida es casi imposible. Por tanto, los científicos necesitan algunos criterios útiles para priorizar los objetivos de estudio.

Junto con otros factores, la producción de entropía parece ser un buen indicador de si un mundo determinado puede albergar vida y de cuán compleja es esa vida.

Curiosamente, una de las principales ventajas de utilizar la PEP y la presencia en la EHZ como forma de evaluar un mundo es que no requiere suposiciones sobre su condición atmosférica. Estos factores tampoco implican conclusiones sobre la base química de los sistemas vivos en un mundo determinado.

Simplemente proporcionan una manera para que los científicos califiquen un mundo mientras examinan miles de exoplanetas para realizar más estudios.

Este artículo fue publicado originalmente por Universe Today.

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