Puede haber muchos planetas con atmósferas ricas en agua.

Un estudio sugiere que los exoplanetas cercanos a sus estrellas pueden retener una atmósfera espesa llena de agua. Arriba, una ilustración de un artista del exoplaneta WASP-121b, que parece tener agua en su atmósfera.
Crédito imagen: Engine House VFX, At-Bristol Science Center, Universidad de Exeter.

Un estudio de UChicago encuentra la forma en que los planetas calientes y rocosos en otros sistemas podrían formar y mantener atmósferas

Una atmósfera es lo que hace posible la vida en la superficie de la Tierra, regulando nuestro clima y protegiéndonos de los dañinos rayos cósmicos.  Pero aunque los telescopios contaron un número creciente de planetas rocosos, los científicos pensaban que la mayoría de sus atmósferas se perdieron hace mucho tiempo.

Un nuevo estudio sugiere un mecanismo por el cual estos planetas no solo podrían desarrollar atmósferas llenas de vapor de agua, sino mantenerlas durante largos períodos. El estudio fue realizado por investigadores de la Universidad de Chicago y la Universidad de Stanford. Publicado el 15 de Marzo en Astrophysical Journal Letters, la investigación amplía nuestra imagen de la formación planetaria. Podría ayudar a dirigir la búsqueda de mundos habitables en otros sistemas estelares.

“Nuestro modelo dice que estos exoplanetas rocosos calientes deberían tener una atmósfera dominada por agua en algún momento, y para algunos planetas, puede ser bastante tiempo”. Eso expresó el  Prof. Asistente Edwin Kite, experto en cómo evolucionan las atmósferas planetarias con el tiempo.

A medida que los telescopios documentan más y más exoplanetas, los científicos están tratando de averiguar cómo se verían. Generalmente, los telescopios pueden informarle sobre el tamaño físico de un exoplaneta, su proximidad a su estrella y, si tiene suerte, cuánta masa tiene. Para avanzar, los científicos tienen que extrapolar en base a lo que sabemos sobre la Tierra y los otros planetas de nuestro propio Sistema Solar. Pero los planetas más abundantes no parecen ser similares a los que vemos a nuestro alrededor. Esta etapa podría persistir en algunos planetas durante miles de millones de años, dijo Kite.

Evolucionando desde los planetas grandes más pequeños que Neptuno a los planetas rocosos calientes

«Lo que ya sabíamos de la misión Kepler es que los planetas un poco más pequeños que Neptuno son realmente abundantes. Eso fue una sorpresa porque no hay ninguno en nuestro Sistema Solar», dijo Kite. «No sabemos con certeza de qué están hechos, pero hay una fuerte evidencia de que son bolas de magma envueltas en una atmósfera de hidrógeno».

También hay una gran cantidad de planetas rocosos más pequeños que son similares, pero sin las capas de hidrógeno. Entonces, los científicos supusieron que muchos planetas probablemente comienzan como esos planetas más grandes que tienen atmósferas hechas de hidrógeno. Pero luego pierden sus atmósferas cuando la estrella cercana se enciende y expulsa el hidrógeno.

Posibles consecuencias de tener un planeta cubierto de océanos de roca derretida

Pero quedan muchos detalles por completar en esos modelos. Kite y la coautora Laura Schaefer comenzaron a explorar algunas de las posibles consecuencias de tener un planeta cubierto de océanos de roca derretida. Shaefer es Profesora Asistente de Ciencias Geológicas de la Universidad de Stanford.

«El magma líquido es bastante líquido», dijo Kite, por lo que también gira vigorosamente, al igual que lo hacen los océanos de la Tierra. Existe una buena posibilidad de que estos océanos de magma estén succionando hidrógeno de la atmósfera y reaccionen para formar agua. Parte de esa agua se escapa a la atmósfera, pero mucha más se absorbe en el magma.

Luego, después de que la estrella cercana elimina la atmósfera de hidrógeno, el agua se extrae a la atmósfera en forma de vapor de agua. Finalmente, el planeta se queda con una atmósfera dominada por el agua.

Esta etapa podría persistir en algunos planetas durante miles de millones de años, dijo Kite.

Hay varias formas de probar esta hipótesis. 

El telescopio espacial James Webb, el poderoso sucesor del telescopio Hubble, está programado para ser lanzado a finales de este año. Podrá realizar mediciones de la composición de la atmósfera de un exoplaneta. Si detecta planetas con agua en sus atmósferas, esa sería una señal.

Otra forma de realizar la prueba es buscar señales indirectas de atmósferas. La mayoría de estos planetas están bloqueados por mareas. A diferencia de la Tierra, la misma cara mira a su estrella cuando se mueven alrededor ella. Entonces un lado siempre está caliente y el otro frío.

Un par de alumnos de la UChicago han sugerido una forma de utilizar este fenómeno para comprobar la atmósfera. Se trata de los científicos Laura Kreidberg, PhD’16, y Daniel Koll, PhD’16, ahora en el Instituto Max Planck de Astronomía y MIT, respectivamente. Ellos señalaron que una atmósfera moderaría la temperatura del planeta, por lo que no habría una fuerte diferencia entre los lados diurno y nocturno. Si un telescopio puede medir la intensidad con la que brilla el lado diurno, debería poder decir si hay una atmósfera que redistribuye el calor.

El paper

Water on hot rocky exoplanets.” Kite and Schaefer, Astrophysical Journal Letters, March 11, 2021.

Fuente: Universidad de Chicago.

Artículo original: «There might be many planets with water-rich atmospheres«.  Louise Lerner. March 15, 2021.

Material relacionado

Los astrónomos descubren los misteriosos orígenes de las ‘super-Tierras’

Impresión artística de uno de los más de 50 nuevos exoplanetas encontrados por HARPS: la super-Tierra rocosa HD 85512 b. 
La impresión de este artista muestra el planeta orbitando la estrella HD 85512, similar al Sol, en la constelación austral de Vela (La Vela). 
Este planeta es una de las dieciséis super-tierras descubiertas por el instrumento HARPS en el telescopio de 3,6 metros del Observatorio La Silla de ESO. 
Es aproximadamente 3,6 veces más masivo que la Tierra en el borde de la zona habitable alrededor de su estrella. En él podría existir agua líquida, y quizás incluso vida.
Crédito: ESO / M. Kornmesser
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Los mini-Neptunos y las súper-Tierras de hasta cuatro veces el tamaño del nuestro son los exoplanetas más comunes que orbitan estrellas más allá del Sistema Solar. Hasta ahora, se pensaba que las super-Tierras eran los núcleos rocosos de mini-Neptunos cuyas atmósferas gaseosas fueron arrastradas. En un nuevo estudio, los astrónomos de la Universidad McGill muestran que algunos de estos exoplanetas nunca tuvieron atmósferas gaseosas para empezar. Esto arroja nueva luz sobre sus misteriosos orígenes. El estudio fue publicado en ‘The Astrophysical Journal‘.

A partir de las observaciones, sabemos que entre el 30 y el 50 por ciento de las estrellas anfitrionas tienen uno u otro tipo de planeta. Las dos poblaciones aparecen en una proporción aproximadamente igual. 

El siguiente artículo lo presenta y contiene además una selección de recursos sobre el tema.

Algunos ejemplos de exoplanetas rocosos y de tamaño similar al de la Tierra, entorno a estrellas ultrafías:

En relación a atmósferas exoplanetarias en sistemas exoplanetarios entorno a enanas rojas. El planeta  de tamaño aproximadamente terrestre GJ 1132 b  es el de menor masa con una atmósfera detectada hasta el momento:

El siguiente artículo, contiene también en su apartado «Material relacionado» artículos y links referentes a los sistemas exoplanetarios Trappist 1 y Próxima Centaury.

18 Exoplanetas Terrestres Descubiertos

Casi todos los exoplanetas conocidos son más grandes que la Tierra y típicamente tan grandes como el planeta gaseoso Neptuno. Los 18 exoplanetas recién descubiertos (en naranja y verde), para comparación, son mucho más pequeños que Neptuno. Tres de ellos incluso más pequeños que la Tierra y dos más, tan grandes como la Tierra. El planeta EPIC 201238110.02 es el único de los nuevos planetas que se enfría lo suficiente como para albergar potencialmente agua líquida en su superficie.
© NASA/JPL (Neptune), NASA/NOAA/GSFC/Suomi NPP/VIIRS/Norman Kuring (Earth), MPS/René Heller .

Los científicos han utilizado un nuevo método para encontrar pequeños exoplanetas, que los sondeos anteriores habían pasado por alto.

La Revolución de Kepler

Representación artística de la gran variedad de exoplanetas descubiertos por Kepler. Estos planetas abarcan una amplia gama de composiciones, temperaturas, distancias orbitales y tamaños, la mayoría de los cuales no están representados en nuestro Sistema Solar. Crédito: NASA Ames Research Center / Wendy Stenzel.

Una reseña de los principales descubrimientos realizados por la misión Kepler, dando un pantallazo general sobre exoplanetas, se presenta en el siguiente artículo:

Curiosidades

Existencia de un planeta del tamaño de la Tierra alrededor de la estrella más cercana en el Sistema Solar

Esta ilustración nos muestra la superficie del planeta Próxima b orbitando a la estrella enana roja Próxima Centauri, la estrella más cercana al Sistema Solar. La estrella doble Alfa Centauri AB también aparece en la imagen, en la parte superior y a la derecha de  Próxima. Próxima b es un poco más masivo que la Tierra y orbita en la zona habitable que rodea a Próxima Centauri. Allí es donde la temperatura permitiría la existencia de agua líquida en su superficie.
Crédito :ESO/M. Kornmesser.

Los científicos confirmaron la existencia de un planeta del tamaño de la Tierra alrededor de la estrella más cercana en el Sistema Solar, Próxima Centauri. El planeta, Próxima b, tiene una masa de 1,17 masas terrestres y se encuentra en la zona habitable de su estrella. Este avance ha sido posible gracias a las mediciones con ESPRESSO, el espectrógrafo más preciso actualmente en funcionamiento.

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