Podría haber tantos mundos acuáticos como Tierras en la Vía Láctea


El 12 de julio de 2022, la NASA publicó las primeras imágenes adquiridas por el Telescopio Espacial James Webb, que fueron tomadas durante sus primeros seis meses de funcionamiento. Entre sus muchos objetivos científicos, Webb buscará planetas rocosos más pequeños que orbiten más cerca de sus soles, especialmente estrellas de tipo M (enanas rojas) más tenues, las más comunes en el Universo. Esto ayudará a los astrónomos a completar el censo de exoplanetas y comprender mejor los tipos de mundos que existen. En particular, los astrónomos sienten curiosidad por saber cuántos planetas terrestres en nuestra galaxia son en realidad «mundos acuáticos».

Impresión artística del extraño paisaje de un mundo acuático. Crédito: Pilar Montañés

Estos son planetas rocosos que son más grandes que la Tierra pero tienen una densidad más baja, lo que sugiere que los volátiles como el agua constituyen una cantidad significativa (hasta la mitad) de su fracción de masa. Según un estudio reciente realizado por investigadores de la Universidad de Chicago y el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), los mundos acuáticos pueden ser tan comunes como los planetas rocosos «similares a la Tierra». Estos hallazgos refuerzan el caso de los exoplanetas que son similares a las lunas heladas del Sistema Solar (como Europa) y podrían tener implicaciones significativas para futuros estudios de exoplanetas y la búsqueda de vida en nuestro Universo.

El estudio ha sido liderado por los investigadores Rafael Luque, de la Universidad de Chicago y el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y Enric Pallé, del IAC y la Universidad de La Laguna (ULL). Sus resultados, titulados «La densidad, no el radio, separa los pequeños planetas rocosos y ricos en agua que orbitan estrellas enanas M», aparecieron recientemente en la revista Science. Por el bien de su estudio, Luque y Pallé analizaron las masas y los radios de los 43 exoplanetas rocosos del catálogo de exoplanetas que orbitan estrellas de tipo M, que representan alrededor del 80 % de las estrellas de la Vía Láctea.

Esto consistió en combinar los datos de tránsito obtenidos por el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA con las mediciones de velocidad radial del espectrógrafo CARMENES en el telescopio de 3,5 m en el Observatorio de Calar Alto en el sur de España. Esto les permitió obtener medidas precisas de los tamaños y masas de estos planetas, a partir de las cuales se podría restringir su fracción de masa (densidades). Su análisis encontró que una porción significativa tenía densidades que eran demasiado ligeras en relación con su tamaño para estar compuesta completamente de roca.

Por ello dedujeron que estos exoplanetas debían estar compuestos mitad roca mitad agua u otras moléculas más ligeras (como metano, amoníaco y otros elementos volátiles). Como explicó Luque en un reciente comunicado de prensa de la IAC:

“Hemos descubierto la primera prueba experimental de que hay una población de mundos acuáticos y que, de hecho, son casi tan abundantes como los planetas similares a la Tierra. Descubrimos que es la densidad de un planeta y no su radio, como se pensaba anteriormente, lo que separa a los planetas secos de los húmedos. La Tierra es un planeta seco, aunque su superficie está cubierta en su mayor parte por agua, lo que le da un aspecto muy húmedo. El agua en la Tierra es solo el 0,02% de su masa total, mientras que en estos mundos acuáticos es el 50% de la masa del planeta”.

Sin embargo, los planetas alrededor de estrellas de tipo M normalmente orbitan tan cerca que están bloqueados por mareas, donde un lado está constantemente mirando hacia su sol. A esta distancia, cualquier agua en la superficie del planeta probablemente existiría en una fase de gas supercrítico, aumentando su tamaño. Como resultado, Luque y Pallé teorizaron que en esta población el agua está ligada a la roca o en volúmenes cerrados debajo de la superficie, no en forma de océanos, lagos y ríos en la superficie. Estas condiciones son similares a las que los científicos han observado con lunas heladas en el Sistema Solar exterior, como la luna Europa de Júpiter y la luna Titán de Saturno.

Dado que están bloqueados por mareas en sus soles, estos planetas también pueden tener océanos líquidos en el lado que mira al sol, pero superficies congeladas en el resto, coloquialmente conocidos como «planetas globo ocular». Si bien los astrónomos han especulado sobre la existencia de esta clase de exoplanetas, estos hallazgos constituyen la primera confirmación de este nuevo tipo de exoplaneta. También refuerzan el creciente caso de los mundos acuáticos que se forman más allá de la llamada «línea de nieve» en los sistemas estelares (el límite más allá del cual los elementos volátiles se solidifican), luego migran más cerca de su estrella. Pallé dijo:

“Hemos descubierto que los pequeños planetas que orbitan este tipo de estrellas se pueden clasificar en tres familias distintas: planetas rocosos muy similares a la Tierra, planetas con la mitad de su masa compuesta por agua que llamamos mundos de agua y mini-Neptunos con atmósferas extendidas de hidrógeno. y/o helio. La distribución de tamaños y densidades de los exoplanetas es consecuencia de la formación de planetas a diferentes distancias de la estrella, y no de la presencia o ausencia de una atmósfera”.

“Debido a las incertidumbres en las masas y los radios de nuestras mediciones, un planeta individual a veces podría encajar en más de una categoría (terrestre, mundo acuático, etc.)”, agregó Luque. “Es cuando observamos una población de planetas como lo hemos hecho aquí que podemos resaltar los patrones de composiciones distintas y distintas”.

Según los investigadores, el siguiente paso será aprender más sobre la estructura interna de los mundos acuáticos. Esto implica averiguar dónde se almacena el agua y si estos planetas tienen atmósferas tenues de vapor de agua supercrítico detectable. Esto es similar a lo que los astrónomos han observado con Europa y otras lunas heladas, que también tienen atmósferas tenues de vapor de agua y oxígeno. Este último gas resulta de la fotólisis, donde la exposición a la radiación solar hace que las moléculas de agua se rompan en oxígeno e hidrógeno (el último de los cuales se pierde en el espacio).

Impresión artística de un mundo acuático, donde la mitad de su masa consiste en agua. Al igual que la Luna, el planeta está unido a su estrella por las fuerzas de marea y siempre muestra la misma cara a su estrella anfitriona. Crédito: Pilar Montañés

El telescopio espacial James Webb (JWST) es ideal para realizar estos estudios, gracias a su conjunto avanzado de generadores de imágenes y espectrómetros infrarrojos. Varios observatorios terrestres como el Extremely Large Telescope (ELT), el Giant Magellan Telescope (GMT) y el Thirty Meter Telescope (TMT) podrán obtener imágenes directamente de estos exoplanetas con la ayuda de sus coronógrafos y espectrómetros avanzados. Estos estudios obtendrán espectros de exoplanetas distantes y permitirán a los astrónomos caracterizar sus atmósferas y características de la superficie como nunca antes. Como subrayó Luque:

“También es fundamental entender si nuestro descubrimiento también se aplica a las poblaciones de pequeños planetas alrededor de otros tipos de estrellas. Es más difícil medir las masas exactas de los planetas pequeños alrededor de estrellas más grandes, pero los datos pronto estarán disponibles utilizando la última generación de espectrógrafos ultraestables”.

Estudios futuros de planetas rocosos alrededor de estrellas tipo M incluirán el exoplaneta más cercano más allá del Sistema Solar. Este no es otro que Proxima b, un planeta rocoso ubicado a solo 4,25 años luz de distancia en el sistema vecino de Proxima Centauri. Desde que se confirmó en 2016, los científicos han buscado aprender más sobre su composición para medir su habitabilidad potencial. Además, el sistema de siete planetas rocosos de TRAPPIST-1 también será de interés, ya que los científicos han especulado que algunos de estos planetas pueden ser planetas de «globo ocular seco» y «globo ocular húmedo».

Se espera que los próximos años sean una época de profundos descubrimientos, ya que el censo de exoplanetas alcanza las decenas de miles. Con tantos planetas disponibles para el estudio, también se espera que la búsqueda de vida más allá del Sistema Solar se acelere (¡y tal vez incluso proporcione la primera evidencia de ello!)

El telescopio espacial James Webb (JWST) es ideal para realizar estos estudios, gracias a su conjunto avanzado de generadores de imágenes y espectrómetros infrarrojos. Varios observatorios terrestres como el Extremely Large Telescope (ELT), el Giant Magellan Telescope (GMT) y el Thirty Meter Telescope (TMT) podrán obtener imágenes directamente de estos exoplanetas con la ayuda de sus coronógrafos y espectrómetros avanzados. Estos estudios obtendrán espectros de exoplanetas distantes y permitirán a los astrónomos caracterizar sus atmósferas y características de la superficie como nunca antes. Como subrayó Luque:

“También es fundamental entender si nuestro descubrimiento también se aplica a las poblaciones de pequeños planetas alrededor de otros tipos de estrellas. Es más difícil medir las masas exactas de los planetas pequeños alrededor de estrellas más grandes, pero los datos pronto estarán disponibles utilizando la última generación de espectrógrafos ultraestables”.

Impresiones artísticas de dos exoplanetas en el sistema TRAPPIST-1 (TRAPPIST-1d y TRAPPIST-1f). Crédito: NASA/JPL-Caltech

Estudios futuros de planetas rocosos alrededor de estrellas tipo M incluirán el exoplaneta más cercano más allá del Sistema Solar. Este no es otro que Proxima b, un planeta rocoso ubicado a solo 4,25 años luz de distancia en el sistema vecino de Proxima Centauri. Desde que se confirmó en 2016, los científicos han buscado aprender más sobre su composición para medir su habitabilidad potencial. Además, el sistema de siete planetas rocosos de TRAPPIST-1 también será de interés, ya que los científicos han especulado que algunos de estos planetas pueden ser planetas de «globo ocular seco» y «globo ocular húmedo».

Se espera que los próximos años sean una época de profundos descubrimientos, ya que el censo de exoplanetas alcanza las decenas de miles. Con tantos planetas disponibles para el estudio, también se espera que la búsqueda de vida más allá del Sistema Solar se acelere (¡y tal vez incluso proporcione la primera evidencia de ello!)

Con información de UniverseToday.com

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