Los exoplanetas podrían contener más agua de lo que se creía

Sabemos que la Tierra tiene un núcleo de hierro rodeado de un manto de roca de silicato y agua (océanos) en su superficie. La ciencia ha utilizado este sencillo modelo de planeta hasta hoy para investigar exoplanetas, es decir, planetas que orbitan alrededor de otra estrella fuera de nuestro sistema solar.

«Solo en los últimos años hemos comenzado a darnos cuenta de que los planetas son más complejos de lo que pensábamos», dice Caroline Dorn, catedrática de Exoplanetas en la ETH de Zúrich.

La mayoría de los exoplanetas conocidos hoy en día se encuentran cerca de su estrella. Esto significa que están compuestos principalmente por mundos calientes de océanos de magma fundido que aún no se han enfriado para formar un manto sólido de roca de silicato como la Tierra. El agua se disuelve muy bien en estos océanos de magma, a diferencia, por ejemplo, del dióxido de carbono, que se desgasifica rápidamente y asciende a la atmósfera.

El núcleo de hierro se encuentra debajo del manto fundido de silicatos. Entonces, ¿cómo se distribuye el agua entre los silicatos y el hierro?

Esto es precisamente lo que Dorn ha investigado en colaboración con Haiyang Luo y Jie Deng de la Universidad de Princeton con la ayuda de cálculos de modelos basados ​​en leyes fundamentales de la física. Los investigadores presentan sus resultados en la revista Nature Astronomy.

Sopa de magma con agua y hierro

Para explicar los resultados, Dorn tiene que entrar en detalles: «El núcleo de hierro tarda en desarrollarse. Una gran parte del hierro está inicialmente contenida en la sopa de magma caliente en forma de gotitas». El agua secuestrada en esta sopa se combina con estas gotitas de hierro y se hunde con ellas hasta el núcleo. «Las gotitas de hierro se comportan como un ascensor que es transportado hacia abajo por el agua», explica Dorn.

Hasta ahora, este comportamiento solo se conocía en el caso de presiones moderadas como las que prevalecen también en la Tierra. No se sabía qué sucedía en el caso de planetas más grandes con condiciones interiores de mayor presión.

«Este es uno de los resultados clave de nuestro estudio», dice Dorn. «Cuanto mayor es el tamaño y la masa del planeta, más tiende el agua a irse con las gotitas de hierro y a integrarse en el núcleo. En determinadas circunstancias, el hierro puede absorber hasta 70 veces más agua que los silicatos. Sin embargo, debido a la enorme presión en el núcleo, el agua ya no se presenta en forma de moléculas de H2O, sino en forma de hidrógeno y oxígeno».

En el interior de la Tierra también hay grandes cantidades de agua

El motivo de este estudio fueron las investigaciones sobre el contenido de agua de la Tierra, que hace cuatro años dieron un resultado sorprendente: los océanos de la superficie terrestre contienen sólo una pequeña fracción del agua total de nuestro planeta. El contenido de más de 80 océanos de la Tierra podría estar oculto en su interior. Esto se demuestra mediante simulaciones que calculan cómo se comporta el agua en condiciones similares a las que prevalecían cuando la Tierra era joven. Por lo tanto, los experimentos y las mediciones sismológicas son compatibles.

Los nuevos hallazgos sobre la distribución del agua en los planetas tienen consecuencias dramáticas para la interpretación de los datos de observación astronómica. Con sus telescopios en el espacio y en la Tierra, los astrónomos pueden, en determinadas condiciones, medir el peso y el tamaño de un exoplaneta. Con estos cálculos, elaboran diagramas de masa-radio que permiten extraer conclusiones sobre la composición del planeta. Si al hacerlo, como se ha hecho hasta ahora, se ignora la solubilidad y la distribución del agua, el volumen de agua puede subestimarse drásticamente hasta en diez veces.

«Los planetas tienen mucha más agua de lo que se creía», afirma Dorn.

Comprender la historia de la evolución

La distribución del agua también es importante para entender cómo se forman y se desarrollan los planetas. El agua que se ha hundido hasta el núcleo queda atrapada allí para siempre. Sin embargo, el agua disuelta en el océano de magma del manto puede perder gas y subir a la superficie durante el enfriamiento del manto.

«Por lo tanto, si encontramos agua en la atmósfera de un planeta, probablemente haya mucha más en su interior», explica Dorn.

Esto es lo que intenta encontrar el telescopio espacial James Webb, que desde hace dos años envía datos desde el espacio a la Tierra. Es capaz de rastrear moléculas en la atmósfera de los exoplanetas.

«Sólo la composición de la atmósfera superior de los exoplanetas se puede medir directamente», explica el científico. «Nuestro grupo quiere establecer la conexión entre la atmósfera y las profundidades interiores de los cuerpos celestes».

Los nuevos datos del exoplaneta llamado TOI-270d son especialmente interesantes

«Allí se han recogido pruebas de la existencia real de tales interacciones entre el océano de magma en su interior y la atmósfera», afirma Dorn, que participó en la publicación correspondiente sobre TOI-270d. En su lista de objetos interesantes que desea examinar más de cerca también figura el planeta K2-18b, que ha sido noticia por la probabilidad de que haya vida en él.

¿Son los mundos acuáticos, después de todo, sostenibles para la vida?
El agua es una de las condiciones previas para el desarrollo de la vida. Durante mucho tiempo se ha especulado sobre la posible habitabilidad de supertierras ricas en agua, es decir, planetas con una masa varias veces mayor que la de la Tierra y con una superficie cubierta por un océano profundo y global. En aquel momento, los cálculos sugirieron que un exceso de agua podría ser hostil para la vida. El argumento era que en estos mundos acuáticos, una capa de hielo exótico de alta presión impediría el intercambio de sustancias vitales en la interfaz entre el océano y el manto del planeta.

El nuevo estudio llega a una conclusión diferente: es probable que los planetas con capas de agua profundas sean una ocurrencia rara, ya que la mayor parte del agua en las supertierras no se encuentra en la superficie, como se ha supuesto hasta ahora, sino atrapada en el núcleo. Esto lleva a los científicos a suponer que incluso los planetas con un contenido de agua relativamente alto podrían tener el potencial de desarrollar condiciones de habitabilidad similares a las de la Tierra. Como concluyen Dorn y sus colegas, su estudio arroja así una nueva luz sobre la posible existencia de mundos ricos en agua que podrían albergar vida.

Con información de Nature