Dos exoplanetas podrían ser en realidad los primeros mundos acuáticos descubiertos

Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Montreal encontró pruebas de que dos exoplanetas que orbitan alrededor de una estrella enana roja son "mundos acuáticos", donde el agua constituye una gran fracción del total del planeta. Estos mundos, ubicados en un sistema planetario a 218 años luz de distancia en la constelación de Lira, no se parecen a ningún planeta que se encuentre en nuestro sistema solar. Aunque los telescopios no pueden observar directamente la superficie de los planetas, sus densidades indican que son más ligeros que los mundos rocosos pero más pesados ??que los dominados por el gas.

El equipo, dirigido por Caroline Piaulet del Instituto de Investigación de Exoplanetas (iREx) de la Universidad de Montreal, publicó el 15 de diciembre un estudio detallado de este sistema planetario, conocido como Kepler-138, en la revista Nature Astronomy.

Piaulet y sus compañeros observaron los exoplanetas Kepler-138c y Kepler-138d con los telescopios espaciales Hubble y Spitzer de la NASA y descubrieron que los planetas podrían estar compuestos en medida parte por agua. Estos dos planetas y un compañero planetario más pequeño más cercano a la estrella, Kepler-138b, habían sido descubiertos previamente por el Telescopio Espacial Kepler de la NASA. El nuevo estudio también encontró evidencia de un cuarto planeta.

No se detectó agua directamente en Kepler-138c y d, pero al comparar los tamaños y masas de los planetas con los modelos, los astrónomos concluyen que una fracción significativa de su volumen, hasta la mitad, debería estar hecha de materiales más livianos que la roca pero más pesados que el hidrógeno o el helio (que constituyen la mayor parte de los planetas gigantes gaseosos como Júpiter). El más común de estos posibles materiales es el agua.

"Anteriormente pensábamos que los planetas que eran un poco mayores que la Tierra eran grandes bolas de metal y roca, como versiones ampliadas de la Tierra, y por eso los llamamos súper-Tierras", explicó Björn Benneke , coautor del estudio y profesor de astrofísica en la Universidad de Montreal. “Sin embargo, ahora hemos demostrado que estos dos planetas, Kepler-138c y d, son de naturaleza bastante diferente y que una gran parte de su volumen total probablemente esté compuesta por agua. Es la mejor prueba hasta ahora de los mundos acuáticos, un tipo de planeta que los astrónomos habían teorizado que existía durante mucho tiempo”.

Esta ilustración muestra secciones transversales de la Tierra y el exoplaneta Kepler-138d. Las mediciones de la densidad de Kepler-138d sugieren que podría tener una capa de agua que constituye más del 50% de su volumen, a una profundidad de aproximadamente 1243 millas (2000 kilómetros)/.Crédito: Benoit Gougeon (Universidad de Montreal)

Con volúmenes más de tres veces mayores que el de la Tierra y masas del doble, los planetas c y d tienen densidad mucho más baja que la Tierra. Esto es sorprendente porque la mayoría de los planetas apenas un poco mayores que la Tierra que se han estudiado hasta ahora en detalle parecían ser mundos rocosos como el nuestro. La comparación más cercana, dicen los investigadores, sería algunas de las lunas heladas en el sistema solar exterior que también están compuestas en gran parte por agua que rodea un núcleo rocoso.

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“Imaginemos 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”, explicó Piaulet. "En lugar de una superficie helada, albergarían grandes envolturas de vapor de agua".

Los investigadores advierten que es posible que los planetas no tengan océanos como los de la Tierra directamente en la superficie del planeta. “La temperatura en la atmósfera de Kepler-138d probablemente 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, potencialmente, podría haber agua líquida a alta presión, o incluso agua en otro estado que ocurre a altas presiones, llamada fluido supercrítico”, dijo Piaulet.

En 2014, los datos del telescopio espacial Kepler de la NASA permitieron a los astrónomos anunciar la detección de tres planetas que orbitan alrededor de Kepler-138. Esto se basó en una bajada medible en la luz de las estrellas cuando el planeta pasó momentáneamente delante de su estrella.

Benneke y su colega Diana Dragomir, de la Universidad de Nuevo México, tuvieron la idea de volver a observar el sistema planetario con los telescopios espaciales Hubble y Spitzer entre 2014 y 2016 para captar más tránsitos de Kepler-138d, el tercer planeta en el sistema, con el fin de estudiar su atmósfera.

Un nuevo exoplaneta en el sistema

Los dos posibles mundos acuáticos, Kepler-138c y d, no están ubicados en la zona habitable, el área alrededor de una estrella donde las temperaturas permitirían agua líquida en la superficie de un planeta rocoso. Pero en los datos de Hubble y Spitzer, los investigadores también encontraron pruebas de un nuevo planeta en el sistema, Kepler-138e, en la zona habitable.

Este planeta recién descubierto es pequeño y está más lejos de su estrella que los otros tres, y tarda 38 días en completar una órbita. Sin embargo, la naturaleza de este planeta adicional sigue siendo una pregunta abierta porque no parece transitar por su estrella anfitriona. La observación del tránsito del exoplaneta habría permitido a los astrónomos determinar su tamaño.

Con Kepler-138e ahora en la foto, las masas de los planetas previamente conocidos se midieron nuevamente a través del método de variación de tiempo de tránsito, que consiste en rastrear pequeñas variaciones en los momentos precisos de los tránsitos de los planetas frente a su estrella causada por el atracción gravitatoria de otros planetas cercanos.

Los investigadores se llevaron otra sorpresa: descubrieron que los dos mundos acuáticos Kepler-138c y son planetas "gemelos", con prácticamente el mismo tamaño y masa, mientras que anteriormente se pensaba que eran drásticamente diferentes. Por otro lado, se confirma que el planeta más cercano, Kepler-138b, es un pequeño planeta con la masa de Marte, uno de los exoplanetas más pequeños conocidos hasta la fecha.

“A medida que nuestros instrumentos y técnicas se vuelven lo suficientemente sensibles para encontrar y estudiar planetas que están más lejos de sus estrellas, podríamos comenzar a encontrar muchos más de estos mundos acuáticos”, concluyó Benneke.