El tipo de planeta más abundante de nuestra galaxia podría ser rico en agua líquida debido a las interacciones formativas entre océanos de magma y atmósferas primitivas durante sus primeros años, según una nueva investigación publicada en Nature por Francesca Miozzi y Anat Shahar, del Instituto Carnegie.
De los más de 6000 exoplanetas conocidos en la Vía Láctea, los llamados subneptunos son los más comunes. Son más pequeños que Neptuno y más masivos que la Tierra, y se cree que tienen interiores rocosos con densas atmósferas dominadas por hidrógeno.
Esto los convierte en buenos candidatos para poner a prueba las teorías sobre cómo los planetas rocosos, como el nuestro, adquirieron una gran cantidad de agua, lo cual fue crucial para el surgimiento de la vida en la Tierra y se considera un componente fundamental de la habitabilidad planetaria.
«Nuestro conocimiento, que crece rápidamente, sobre la vasta diversidad de exoplanetas nos ha permitido vislumbrar nuevos detalles sobre las primeras etapas de la formación y evolución de los planetas rocosos», explicó Miozzi.
Esto abrió la puerta a considerar una nueva fuente de agua planetaria, un misterio largamente debatido entre los científicos terrestres y planetarios, pero no existían experimentos diseñados con este propósito.
Este trabajo forma parte del proyecto interdisciplinario y multiinstitucional AEThER (Investigación Atmosférica Empírica, Teórica y Experimental), fundado y dirigido por Shahar.
La iniciativa combina conocimientos de diversos campos, como la astronomía, la cosmoquímica, la dinámica planetaria, la petrología, la física mineral y otros, para responder a preguntas fundamentales sobre las características que permiten a los planetas rocosos desarrollar condiciones favorables para albergar vida.
Su trabajo se centra especialmente en intentar relacionar las observaciones de las atmósferas planetarias con la evolución y la dinámica de sus cuerpos rocosos.
Investigaciones previas de modelado matemático han demostrado que las interacciones entre el hidrógeno atmosférico y los océanos de magma ferroso durante la formación planetaria pueden producir cantidades significativas de agua. Sin embargo, hasta ahora no se habían realizado pruebas experimentales exhaustivas de esta posible fuente de agua planetaria.
Miozzi y Shahar lideraron un equipo internacional de investigadores del Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) y la UCLA para recrear las condiciones necesarias para que se produjeran interacciones entre el hidrógeno —que representa la atmósfera planetaria primitiva— y la sílice fundida rica en hierro —que representa el océano de magma formativo— en un planeta joven.
Lo lograron comprimiendo muestras hasta casi 600 000 veces la presión atmosférica (60 gigapascales) y calentándolas a más de 4000 grados Celsius (7200 grados Fahrenheit).
Su entorno experimental simula una fase crítica del proceso evolutivo de un planeta rocoso. Estos cuerpos se forman a partir del disco de polvo y gas que rodea a una estrella joven en el período posterior a su nacimiento. Este material se acumula formando cuerpos que colisionan entre sí, aumentando de tamaño y temperatura, hasta fundirse finalmente en un vasto océano de magma.
Estos planetas jóvenes suelen estar rodeados por una densa capa de hidrógeno molecular (H₂), que actúa como una «manta térmica», manteniendo el océano de magma durante miles de millones de años antes de que se enfríe.
«Nuestro trabajo proporcionó la primera evidencia experimental de dos procesos críticos de la evolución planetaria temprana», indicó Miozzi. «Demostramos que una gran cantidad de hidrógeno se disuelve en el magma fundido y que se crean cantidades significativas de agua mediante la reducción de óxido de hierro por el hidrógeno molecular».
En conjunto, estos hallazgos demuestran que se pueden almacenar grandes cantidades de hidrógeno en el océano de magma mientras se produce la formación de agua. Esto tiene importantes implicaciones para las propiedades físicas y químicas del interior del planeta, con posibles efectos también en el desarrollo del núcleo y la composición atmosférica.
«La presencia de agua líquida se considera fundamental para la habitabilidad planetaria», concluye Shahar. «Este trabajo demuestra que se crean grandes cantidades de agua como consecuencia natural de la formación planetaria. Representa un gran avance en nuestra concepción de la búsqueda de mundos lejanos capaces de albergar vida».
Con información de Nature
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