Un análisis detallado del radio y la masa de 43 exoplanetas pequeños conocidos alrededor de estrellas enanas M, que representan el 80% de las estrellas de la Vía Láctea, ha dado lugar a un sorprendente hallazgo liderado íntegramente 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)
“Hemos descubierto la primera prueba experimental de que los mundos acuáticos existen como población, y de hecho son casi tan abundantes como los planetas terrestres”, explica Luque. Según se desprende del estudio, muchos más planetas de los que se pensaba podrían tener grandes cantidades de agua, llegando a contener hasta el 50% de la masa total del planeta.
Cuando los investigadores analizaron la muestra se encontraron con algo inesperado: las densidades de un gran porcentaje de los planetas sugerían que eran demasiado ligeros en relación a su tamaño como para estar formados solo por roca. Por ello, los investigadores creen que estos planetas deberían estar formados por la mitad de roca y la mitad de agua u otra molécula más ligera. “Descubrimos que es la densidad del planeta y no el radio, como se pensaba anteriormente, lo que separa los planetas secos de los húmedos”, aclara Luque.
Sin embargo, estos planetas están tan cerca de sus soles que cualquier agua en la superficie existiría en una fase gaseosa supercrítica, lo que ampliaría su tamaño. Por lo que los científicos piensan que, en este tipo de población, el agua estaría probablemente incrustada en la roca o en bolsas bajo la superficie, en lugar de fluir como océanos o ríos. Estas condiciones serían similares a las de la luna Europa de Júpiter, pero muy diferentes a lo que ocurre en nuestro planeta. “La Tierra es un planeta seco a pesar de que casi toda el agua está en su superficie, lo que le da una apariencia muy húmeda. El agua de la Tierra es sólo un 0,02 % de su masa total, mientras que en los mundos acuáticos es el 50 % de la masa del planeta”, apunta Pallé.
Con este hallazgo, se confirma por primera vez la existencia de una nueva tipología de exoplanetas. “Hemos descubierto que los pequeños planetas alrededor de estas estrellas pueden ser descritos por una población discreta de familias: planetas muy similares a la Tierra, planetas con el 50 % de su masa formada por agua (mundos acuáticos o water worlds en inglés) y mini-Neptunos con atmósferas extendidas de hidrógeno y/o helio”, describe Pallé.
El hallazgo contradice la idea generalizada de que estos mundos son o bien secos y rocosos o bien tienen una extensa y tenue atmósfera de hidrógeno y/o helio. En cambio, el estudio sugiere que, a diferencia de los planetas rocosos, estos mundos ricos en agua se formaron fuera de la denominada “línea de nieve”, es decir, a una distancia en la que la temperatura era lo suficientemente baja como para que los compuestos más ligeros como el agua se solidificaran y se formaran granos de hielo sólidos, migrando posteriormente hacia el interior. “La distribución de tamaños y densidades de exoplanetas es una consecuencia directa de la formación de planetas a diferentes distancias de la estrella y no de la presencia o no de una atmósfera”, comenta Pallé.
Un análisis novedoso y un futuro prometedor
De la misma manera que la observación de la población de toda una ciudad puede revelar tendencias que son difíciles de ver a nivel individual, el estudio de una población de planetas ha ayudado a los científicos a identificar patrones hasta ahora desconocidos. “Debido a los errores en masa y radio de nuestras medidas, un planeta, de forma individual, puede a veces encajar en diferentes categorías (terrestre, water worlds, etc.). Es cuando observamos una población de planetas, como hacemos aquí, cuando se pueden resolver los patrones de composición distinta”, explica Luque.
Según los investigadores, los próximos pasos a dar son entender la estructura interna de los mundos acuáticos, es decir, dónde se almacena el agua, y si estos planetas pueden albergar una pequeña atmósfera de vapor de agua supercrítica detectable. “Sólo los planetas alrededor de estrellas M en la zona habitable son accesibles para la exploración atmosférica por el telescopio espacial James Webb (JWST) y los futuros telescopios extremadamente grandes en tierra”, señala Pallé.
“También es fundamental entender si nuestro hallazgo se aplica a las poblaciones de pequeños planetas alrededor de otros tipos de estrellas”, destaca Luque. “Las masas precisas de los planetas pequeños alrededor de estrellas más grandes son más difíciles de obtener, pero pronto podrían ser proporcionadas por espectrógrafos ultraestables de última generación”, subraya.
Para este trabajo han sido imprescindibles los nuevos descubrimientos de planetas alrededor de estrellas enanas M realizados por la misión Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA, así como las determinaciones de masa realizadas por el espectrógrafo CARMENES, instalado en el telescopio de 3,5 m de Calar Alto, en Almería (España).
Artículo: R. Luque and E. Pallé: “Density, not radius, separates rocky and water-rich planets orbiting M dwarf stars”, Science, September 2022. DOI: 10.1126/science.abl7164
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