Una supertierra con una espesa y enorme atmósfera de vapor de agua

Un extrano mundo con una sauna a escala planetaria
Representación artística de un exoplaneta con espesa atmósfera orbitando alrededor de una enana roja. / MPIA

Investigadores del Centro de Astrobiología y otros centros internacionales han descubierto una supertierra con una densidad inusualmente baja. La explicación parece estar en su espesa y enorme atmósfera de vapor de agua, unas 50 veces mayor que la de nuestro planeta.

Los planetas de un tamaño similar a la Tierra, también llamados rocosos, están compuestos por un núcleo de hierro y un manto de roca en una proporción similar a la que encontramos en nuestro planeta. Sin embargo, el universo no deja de sorprender, y descubrimientos recientes están empezando a sugerir que la diversidad de composiciones de estos mundos podría ser mayor de la que se pensaba.

Ahora, un estudio internacional, liderado por investigadores del Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA) y publicado en la revista Astronomy & Astrophysics, han analizado en detalle la supertierra TOI-244 b, que orbita alrededor de una estrella enana roja situada a 72 años luz. Los resultados revelan que este exoplaneta puede estar envuelto en una espesa atmósfera de vapor.

La señal de TOI-244 b fue detectada en 2018 por la misión espacial TESS de NASA, y los autores han empleado sus datos para realizar el estudio, junto a los recogidos por el instrumento ESPRESSO del Observatorio de Paranal, perteneciente al Observatorio Europeo Austral (ESO) y localizado en el desierto de Atacama (Chile). Así han podido confirmar y caracterizar en profundidad este nuevo exoplaneta.

Los datos muestran que este exoplaneta es 1,5 veces más grande que la Tierra y 2,7 veces más masivo. Estas mediciones corresponden a una densidad casi dos veces inferior a la esperada, situando a TOI-244 b muy alejado de las características típicas de otras tierras.

“Fue un resultado realmente sorprendente, y que ninguno esperábamos antes de emprender la investigación”, comenta Amadeo Castro-González, investigador predoctoral del CAB y autor principal del estudio.

¿Por qué es tan poco denso?

Los investigadores analizaron varias posibilidades para explicar la baja densidad de este planeta rocoso. En primer lugar, consideraron que su núcleo tuviera poco hierro y, por tanto, que albergara un manto extenso de roca. Sin embargo, descartaron esta posibilidad, ya que los cálculos indicaban que ni siquiera un planeta compuesto enteramente de roca tendría una densidad tan baja como la observada en TOI-244 b.

Entonces pensaron otra alternativa: que la baja densidad del planeta se debiera a la existencia de una atmósfera extensa. Aunque inicialmente esta atmósfera podría haber estado compuesta por elementos químicos ligeros y abundantes en las regiones de formación planetaria, como hidrógeno y helio, la radiación ultravioleta y de rayos X de la estrella habría evaporado esta atmósfera primordial, dejando otra secundaria compuesta principalmente de agua.

Representación a escala del sistema exoplanetario TOI-244 (izquierda) y de la estructura planetaria de TOI-244 b en comparación con la de la Tierra. / J. Lillo Box & A. Castro González

Basándose en esta posibilidad, los investigadores realizaron simulaciones que sugieren que TOI-244 b tiene una estructura sólida similar a la de la Tierra que estaría rodeada de una hidrosfera compuesta de agua en estado gaseoso y supercrítico con un espesor de entre 400 y 600 kilómetros, es decir, unas 50 veces más extensa que la atmósfera de la Tierra.

“Dadas las condiciones de temperatura y humedad en la superficie del planeta, el clima de TOI-244 b sería similar al del interior de una sauna húmeda de dimensiones planetarias que, por supuesto, dadas las altísimas temperaturas y presiones, sería muy hostil para la mayoría de las formas de vida que conocemos”, explica Amadeo.

Población de planetas con atmósferas infladas

Tan solo un puñado de planetas de los más de 5300 hallados hasta la fecha tienen propiedades similares a TOI-244 b. Gracias a este descubrimiento, los autores proponen la existencia de una posible nueva población de planetas rocosos con atmósferas infladas. Estos planetas tienden a orbitar estrellas escasas en metales, y que también suelen recibir radiaciones estelares más bajas que las supertierras más densas.

“Estas tendencias nos pueden dar información muy valiosa sobre la naturaleza de estos objetos, pero todavía son necesarios más sistemas planetarios bien caracterizados para confirmarlas con seguridad. Si se confirman, sugeriría que la presencia de una hidrosfera extensa podría no sólo ser la explicación más probable para la estructura de TOI-244 b, sino también para una emergente nueva población de supertierras infladas”, concluye Amadeo.

“Estos resultados ahondan en la necesidad de comprender la genética planetaria, las condiciones de formación y evolución que hacen que estemos encontrando una diversidad tan rica de sistemas exoplanetarios”, comenta el coautor Jorge Lillo Box, también investigador del CAB y supervisor de tesis de Amadeo.

“Los resultados de esta investigación son fruto de la colaboración entre varias instituciones a nivel internacional y ha sido liderada por un investigador en su etapa predoctoral, demostrando el valor y la capacidad de las nuevas generaciones de científicos y científicas de nuestro país”, concluye Lillo.

Paco Gil
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