Hasta el 19 de diciembre de 2022, se han confirmado 5227 planetas extrasolares en 3908 sistemas, con más de 9000 más en espera de confirmación. Si bien la mayoría de estos planetas son gigantes gaseosos del tamaño de Júpiter o Neptuno o planetas rocosos muchas veces el tamaño de la Tierra (Super-Tierras), un número estadísticamente significativo ha sido planetas donde el agua constituye una parte significativa de su fracción de masa, también conocido como. “mundos de agua”. Estos planetas no se parecen a nada que hayamos visto en el Sistema Solar y plantean varias preguntas sobre la formación de planetas en nuestra galaxia.
En un estudio reciente, un equipo internacional dirigido por investigadores del Instituto de Investigación de Exoplanetas (iREx) de la Universidad de Montreal encontró evidencia de dos mundos acuáticos en un solo sistema planetario ubicado a unos 218 años luz de distancia en la constelación de Lyra. Basándose en sus densidades, el equipo determinó que estos exoplanetas (Kepler-138c y Kepler-138d) son más ligeros que los rocosos “similares a la Tierra”, pero más pesados que los dominados por gas. El descubrimiento se realizó utilizando datos del telescopio espacial Spitzer ahora retirado de la NASA y el venerable telescopio espacial Hubble.
El equipo fue dirigido por Caroline Piaulet, investigadora y Ph.D. candidata con el iREx, como parte de su Ph.D. tesis. A ella se unió el profesor de astrofísica Björn Benneke, su Ph.D. asesor de iREx e investigadores del Instituto de Investigación Espacial de la Academia de Ciencias de Austria, el Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron, el Instituto de Ciencias de Exoplanetas de la NASA (NExSci), el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y varias universidades. El artículo que describe sus hallazgos apareció recientemente en la revista Nature Astronomy.
Durante su pasantía en iREx, el trabajo de Piaulet consistió en utilizar datos de espectroscopia de tránsito y eclipse obtenidos por Spitzer, Hubble y el Telescopio Espacial James Webb (JWST) para determinar la composición de exoplanetas de tamaño intermedio, que se encuentran entre la Tierra y Neptuno en términos de Talla. Aquí es donde residen los mundos de agua, planetas que son más masivos que la Tierra pero mucho más voluminosos, lo que significa que tienen densidades significativamente más bajas. Como explicó Benneke en un reciente comunicado de prensa de la NASA:
“Antes pensábamos que los planetas que eran un poco más grandes que la Tierra eran grandes bolas de metal y roca, como versiones ampliadas de la Tierra, y por eso los llamamos súper-Tierras. Sin embargo, ahora hemos demostrado que estos dos planetas, Kepler-138c y d, son de naturaleza bastante diferente y que una gran fracción de su volumen total probablemente esté compuesta por agua. Es la mejor evidencia hasta ahora de los mundos acuáticos, un tipo de planeta que los astrónomos teorizaron que existía durante mucho tiempo”.
Los exoplanetas abordados en este estudio fueron descubiertos previamente en 2014 por el Telescopio Espacial Kepler usando el Método de Tránsito, que también detectó un tercer exoplaneta (Kepler-198b) orbitando más cerca de la estrella. Entre 2014 y 2016, a Benneke y su colega Diana Dragomir (Universidad de Nuevo México) se les ocurrió la idea de observar el sistema planetario con Hubble y Spitzer para buscar más tránsitos de Kepler-138d para estudiar su atmósfera. Junto con Piaulet, el equipo pudo restringir el tamaño de Kepler-198c y d en base a 13 observaciones de tránsito realizadas por Hubble y Spitzer.
Estos se combinaron con nuevas mediciones de velocidad radial de la estrella anfitriona realizadas con el espectrómetro Echelle de alta resolución (HIRES) en el W.M. Observatorio Keck. Esto permitió al equipo restringir el tamaño y la masa de Kepler-198c y d, lo que los llevó a producir estimaciones de tamaño de aproximadamente dos masas terrestres, lo que sugiere que eran “Super-Tierras”. Estos hallazgos también indican que Kepler-198c y d son planetas “gemelos”, con prácticamente el mismo tamaño y masa, lo que contradice estimaciones anteriores de que eran radicalmente diferentes.
Sin embargo, sus estimaciones también indican que estos exoplanetas tienen aproximadamente tres veces el volumen de la Tierra (lo que significa que tienen densidades más bajas). Esto llevó a la conclusión de que hasta la mitad de sus volúmenes consisten en elementos volátiles (el más común de los cuales es el agua). Estos resultados fueron sorprendentes porque la mayoría de los exoplanetas estudiados en detalle hasta ahora (un poco más grandes que la Tierra) parecían ser rocosos. Según los investigadores, la comparación más cercana sería con algunas de las lunas heladas del sistema solar exterior (como Europa, Encelado, Ganímedes, Titán, etc.).
Estos cuerpos están compuestos en gran parte de agua y otros volátiles que rodean un núcleo rocoso-metálico, lo que lleva al apodo de “mundos oceánicos”. De manera similar, los “mundos acuáticos” pueden no tener océanos superficiales como la Tierra, sino océanos interiores bajo una capa de hielo superficial. Como dijo Piaulet:
“Imagínese versiones más grandes de Europa o Encelado, las lunas ricas en agua que orbitan alrededor de Júpiter y Saturno, pero que se acercan mucho más a su estrella. En lugar de una superficie helada, albergarían grandes envolturas de vapor de agua. Es probable que la temperatura en la atmósfera de Kepler-138d esté por encima del punto de ebullición del agua, y esperamos una atmósfera espesa y densa hecha de vapor en este planeta. Solo que, bajo esa atmósfera de vapor, podría haber agua líquida a alta presión, o incluso agua en otra fase que ocurre a altas presiones, llamada fluido supercrítico”.
Si bien ni Kepler-138c ni d están ubicados en la zona habitable, el equipo también notó evidencia de un cuarto planeta en los datos de Hubble y Spitzer que sí lo hacen. Este planeta recién descubierto (Kepler-138e) orbita más lejos de su estrella anfitriona, tarda 38 días en completar una órbita y parece tener un tamaño similar al de Marte. Sin embargo, las características de este planeta siguen estando mal restringidas ya que no parece transitar por su estrella anfitriona. Pero con telescopios de última generación como el JWST y técnicas más sensibles disponibles, es probable que los astrónomos encuentren más mundos acuáticos que orbiten más lejos de sus estrellas.
Desde que comenzó a observar el cosmos, el JWST ha demostrado una capacidad clave al obtener imágenes directamente del exoplaneta HIP 65425 b y obtener espectros de la atmósfera de WASP-39b. En este último caso, los espectros constituyeron la primera evidencia clara de dióxido de carbono en la atmósfera de este planeta (considerado una firma biológica clave). Mientras estuvo en iREx, Piaulet también desarrolló un nuevo método para restringir las temperaturas atmosféricas de los exoplanetas a partir de los espectros de emisión que obtendrá el JWST. Este método permitirá a los astrónomos medir directamente un indicador clave de la habitabilidad planetaria.
Con información de UniverseToday.com
