Los astrónomos encuentran un planeta Waterworld con océanos profundos en la zona habitable


En la búsqueda de planetas extrasolares, los astrónomos y astrobiólogos generalmente siguen una política de «seguir el agua». Esto se reduce a buscar planetas que orbiten con la zona habitable circunsolar (HZ) de una estrella, donde las condiciones son lo suficientemente cálidas como para que el agua líquida pueda fluir en su superficie. La razón es simple: el agua es el único solvente conocido capaz de sustentar la vida y es requerido por toda la vida en la Tierra. Sin embargo, desde la década de 1970, los científicos han especulado que puede haber una clase de planetas rocosos en nuestro Universo que están completamente cubiertos de agua.

Con la explosión de exoplanetas confirmados, los científicos han estado ansiosos por encontrar ejemplos de este tipo de planetas, por lo que los estudian más de cerca. Gracias a un equipo internacional de investigadores dirigido por el Instituto de Investigación de Exoplanetas (iREx) de la Universidad de Montreal, recientemente se descubrió un exoplaneta que orbita dentro de la ZH de su sistema y que podría estar completamente cubierto por océanos profundos. Este «mundo oceánico» (también conocido como «Mundo acuático») podría revelar cosas sobre la naturaleza de la habitabilidad cuando es objeto de observaciones de seguimiento utilizando el Telescopio Espacial James Webb (JWST).

La interpretación de un artista del Satélite de sondeo de exoplanetas en tránsito (TESS). Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

El equipo internacional estuvo dirigido por Charles Cadieux, Ph.D. estudiante de la Université de Montréal y miembro de IREX. A él se unió un equipo de cincuenta y cinco astrónomos y astrofísicos de Canadá, Francia, Estados Unidos, Japón, Brasil, Hungría, España, Suiza, Portugal, Alemania y Rusia. El equipo representa a instituciones como el Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian, el Telescopio Canadá-Francia-Hawái, el Instituto Max Planck de Astronomía, el Centro de Investigación Ames de la NASA, el Instituto de Ciencias de Exoplanetas de la NASA (NExScI) y muchas universidades e institutos.

Como explican en su artículo, que apareció el 12 de agosto en The Astrophysical Journal, el exoplaneta (TOI-1452 b) orbita dentro de un sistema binario ubicado en la constelación de Draco, a unos 100 años luz de la Tierra. El sistema está formado por dos estrellas de tipo M (enanas rojas) que se orbitan muy de cerca, a 97 unidades astronómicas (UA), o aproximadamente dos veces y media la distancia entre el Sol y Plutón. La posibilidad de que un exoplaneta orbite alrededor de una de estas estrellas se aventuró originalmente en base a los datos obtenidos por el Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS).

Según los datos de TESS, los astrónomos notaron que el exoplaneta experimentó una ligera disminución en el brillo cada 11 días, por lo que estimaron que tiene un diámetro aproximadamente un 70% más grande que el de la Tierra. Luego, Cadieux y sus colegas realizaron observaciones de seguimiento (una función que realiza iREx de manera rutinaria) utilizando la cámara Planètes Extrasolaires en Transition et en Occultation (PESTO) en el telescopio de 1,6 metros del Observatoire du Mont-Mégantic (OMM), parte de la Université de Montreal.

Debido a su bajo brillo y proximidad, las dos estrellas de TOI-1452 aparecieron como un solo punto de luz cuando fueron observadas por TESS. Sin embargo, la resolución de PESTO es lo suficientemente alta como para distinguir los dos objetos, y las imágenes que obtuvo confirmaron que un exoplaneta orbita TOI-1452. Las observaciones posteriores fueron realizadas por un equipo del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) utilizando el Telescopio Subaru óptico-infrarrojo de 8,2 metros en Maunakea, Hawái. Como coautor René Doyon, profesor de la Université de Montréal y director de iREx y de OMM explicó en un comunicado de prensa de IREX:

El instrumento SPIRou, diseñado en parte por un equipo canadiense, ha permitido determinar la masa de TOI-1452 b. Crédito: S.Chastanet – CNRS/OMP

“Estoy extremadamente orgulloso de este descubrimiento porque muestra el alto calibre de nuestros investigadores e instrumentación. Es gracias al OMM, un instrumento especial diseñado en nuestros laboratorios llamado SPIRou y un método analítico innovador desarrollado por nuestro equipo de investigación que pudimos detectar este exoplaneta único en su tipo”.

“El OMM desempeñó un papel crucial en la confirmación de la naturaleza de esta señal y en la estimación del radio del planeta”, agregó Cadieux. “Este no fue un control de rutina. Teníamos que asegurarnos de que la señal detectada por TESS realmente fuera causada por un exoplaneta que gira alrededor de TOI-1452, la más grande de las dos estrellas en ese sistema binario”.

Después de confirmar la presencia de un exoplaneta y obtener estimaciones sobre su tamaño, el equipo recurrió al instrumento SpectroPolarimètre Infra-Rouge (SPIRou), un espectropolarímetro de infrarrojo cercano instalado en el telescopio Canada-France-Hawaii. Diseñado en gran parte en Canadá, SPIRou es ideal para estudiar estrellas de baja masa como los componentes binarios de TOI-1452 porque son más brillantes en la longitud de onda infrarroja. A pesar de esto, se necesitaron más de 50 horas de tiempo de observación para producir estimaciones de la masa del planeta (casi cinco veces la de la Tierra).

El siguiente gran desafío fue el análisis de datos, que se realizó utilizando el método analítico línea por línea (LBL) desarrollado por los investigadores Étienne Artigau y Neil Cook (también con iREx). Esto permitió al equipo identificar la señal débil producida por el exoplaneta en los datos de SPIRou. Finalmente, Ph.D. los estudiantes Farbod Jahandar y Thomas Vandal de la Université de Montréal analizaron los datos de SPIRou para aprender más sobre la composición de la estrella anfitriona, que es útil para restringir la estructura interna del planeta. Según sus estimaciones de las medidas de su radio, masa y densidad, los astrónomos teorizan que TOI 1452 b es probablemente un planeta rocoso.

Representación artística de la superficie de TOI-1452 b, que podría ser un planeta completamente cubierto por una gruesa capa de agua líquida. Crédito: Benoit Gougeon, Universidad de Montreal.

Sin embargo, estas mismas estimaciones los llevaron a concluir que TOI 1452 b podría estar cubierto por una gruesa capa de agua, similar a las lunas más grandes de Júpiter, Saturno y otros cuerpos helados en el Sistema Solar exterior. Esto está respaldado por el modelado interior realizado por Mykhaylo Plotnykov y Diana Valencia de la Universidad de Toronto, que sugiere que el agua puede representar hasta el 30% de la masa de TOI 1452 b, que también es similar a satélites como las lunas de Júpiter Europea, Ganímedes y Calisto. , y las lunas de Saturno, Titán, Dione y Encelado.

En los últimos años, los astrónomos han detectado cientos de exoplanetas similares con radios y masas entre la Tierra y Neptuno, pero densidades significativamente más bajas. Esto sugiere que una gran fracción de la masa de estos exoplanetas está compuesta por volátiles como el agua, lo que lleva al apodo de «planetas oceánicos». Como explicó Cadieux, este último descubrimiento puede ser el primer planeta de este tipo descubierto:

“TOI-1452 b es uno de los mejores candidatos para un planeta oceánico que hemos encontrado hasta la fecha. Su radio y masa sugieren una densidad mucho más baja de lo que cabría esperar de un planeta que está compuesto básicamente de metal y roca, como la Tierra”.

Dado que TOI-1452 b orbita dentro de la ZH de su estrella anfitriona, es poco probable que tenga una superficie helada, lo que significa que podría tener océanos de varios kilómetros de profundidad. Esto convierte a TOI-1452 b en un candidato perfecto para futuras observaciones utilizando el JWST, ya que es uno de los pocos planetas templados conocidos que también exhibe las características de un planeta oceánico. Su proximidad a la Tierra también lo convierte en un buen candidato para la caracterización atmosférica, algo en lo que Webb es muy hábil, como lo demuestran los espectros que obtuvo dos veces de WASP-59 (que confirman la presencia de agua y dióxido de carbono).

Para mejorar aún más las cosas, TOI-1452 está ubicado en una región del cielo que Webb puede observar durante todo el año, por lo que está perfectamente posicionado para observaciones de seguimiento. “Nuestras observaciones con el Telescopio Webb serán esenciales para comprender mejor TOI-1452 b”, dijo Doyon, quien también es el investigador principal de Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), la contribución de la Agencia Espacial Canadiense al JWST. “Tan pronto como podamos, reservaremos tiempo en Webb para observar este mundo extraño y maravilloso”.

Con información de UniverseToday.com

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