Descubren dos mundos de agua

Astrónomos han hallado pruebas de que dos exoplanetas que orbitan alrededor de una estrella enana roja son "mundos de agua", planetas en los que el agua constituye una gran fracción de su volumen.

Estos mundos, situados en un sistema planetario a 218 años luz de distancia en la constelación de Lyra, no se parecen a ningún planeta de nuestro sistema solar.

El equipo, dirigido por la estudiante de doctorado Caroline Piaulet, del Instituto Trottier de Investigación sobre Exoplanetas (iREx) de la Universidad de Montreal, publica un estudio detallado del sistema planetario conocido como Kepler-138 en la revista 'Nature Astronomy'.

Piaulet, que forma parte del equipo de investigación de Björn Benneke, observó los exoplanetas Kepler-138c y Kepler-138d con los telescopios espaciales Hubble de la NASA y Spitzer, ya retirado, y descubrió que los planetas -que tienen aproximadamente una vez y media el tamaño de la Tierra-- podrían estar compuestos en gran parte por agua. Estos planetas y un compañero planetario más cercano a la estrella, Kepler-138b, habían sido descubiertos anteriormente por el telescopio espacial Kepler de la NASA.

El agua no se detectó directamente, pero al comparar los tamaños y masas de los planetas con modelos, concluyeron que una fracción significativa de su volumen --hasta la mitad-- debería estar formada por materiales más ligeros 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 materiales candidatos es el agua.

"Antes pensábamos que los planetas un poco más grandes que la Tierra eran grandes bolas de metal y roca, como versiones a escala de la Tierra, y por eso los llamábamos supertierras --explica Benneke--. Sin embargo, ahora hemos demostrado que estos dos planetas, Kepler-138c y d, son de naturaleza muy diferente: una gran fracción de todo su volumen está probablemente compuesta de agua. Es la primera vez que observamos planetas que pueden identificarse con seguridad como mundos de agua, un tipo de planeta cuya existencia fue teorizada por los astrónomos durante mucho tiempo", destaca.

"Antes pensábamos que los planetas que eran un poco más grandes que la Tierra eran grandes bolas de metal y roca, como versiones a escala de la Tierra, y por eso los llamábamos super-Tierras --prosigue--. Sin embargo, ahora hemos demostrado que estos dos planetas, Kepler-138c y d, son de naturaleza muy diferente: una gran fracción de todo su volumen está probablemente compuesta de agua. Es la primera vez que observamos planetas que pueden identificarse con seguridad como mundos de agua, un tipo de planeta cuya existencia fue teorizada por los astrónomos durante mucho tiempo".

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

"Imaginemos versiones más grandes de Europa o Encélado, las lunas ricas en agua que orbitan Júpiter y Saturno, pero acercadas mucho más a su estrella --indica Piaulet--. En lugar de una superficie helada, Kepler-138 c y d albergarían grandes envolturas de vapor de agua".

Los investigadores advierten de que los planetas podrían no tener océanos como los de la Tierra directamente en su superficie. "La temperatura en las atmósferas de Kepler-138c y Kepler-138d está probablemente por encima del punto de ebullición del agua, y esperamos una atmósfera densa y espesa hecha de vapor en estos planetas. Sólo bajo esa atmósfera de vapor podría haber agua líquida a alta presión, o incluso agua en otra fase que se produce a altas presiones, llamada fluido supercrítico", afirma Piaulet.

Recientemente, otro equipo de la Universidad de Montreal encontró otro planeta, llamado TOI-1452 b, que potencialmente podría estar cubierto por un océano de agua líquida, pero será necesario el telescopio espacial James Webb de la NASA para estudiar su atmósfera y confirmar la presencia del océano.

En 2014, los datos del telescopio espacial Kepler de la NASA permitieron a los astrónomos anunciar la detección de tres planetas en órbita alrededor de Kepler-138, una estrella enana roja de la constelación de Lyra. Esto se basó en una disminución medible de la luz estelar cuando el planeta pasó momentáneamente por delante de su estrella, un tránsito.

Benneke y su colega Diana Dragomir, de la Universidad de Nuevo México (Estados Unidos), 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 del sistema, con el fin de estudiar su atmósfera.

Mientras que las observaciones anteriores del telescopio espacial Kepler de la NASA solo mostraban tránsitos de tres pequeños planetas alrededor de Kepler-138, Piaulet y su equipo se sorprendieron al descubrir que las observaciones del Hubble y el Spitzer sugerían la presencia de un cuarto planeta en el sistema, Kepler-138e.

Este planeta recién descubierto es pequeño y está más alejado de su estrella que los otros tres, tardando 38 días en completar una órbita. El planeta se encuentra en la zona habitable de su estrella, una región templada en la que un planeta recibe la cantidad justa de calor de su fría estrella para no estar ni demasiado caliente ni demasiado frío como para permitir la presencia de agua líquida.

Sin embargo, la naturaleza de este nuevo planeta sigue siendo una incógnita, ya que no parece transitar por su estrella. La observación del tránsito del exoplaneta habría permitido a los astrónomos determinar su tamaño.

Con Kepler-138e ahora en la mira, las masas de los planetas conocidos anteriormente se midieron de nuevo mediante el método de variación del tiempo de tránsito, que consiste en rastrear pequeñas variaciones en los momentos precisos de los tránsitos de los planetas por delante de su estrella causadas por la atracción gravitatoria de otros planetas cercanos.

Los investigadores se llevaron otra sorpresa al descubrir que los dos mundos acuáticos Kepler-138c y d son planetas "gemelos", con prácticamente el mismo tamaño y masa, mientras que antes se pensaba que eran drásticamente diferentes. Por otra parte, se ha confirmado que el planeta más cercano, Kepler-138b, es un pequeño planeta de la masa de Marte, uno de los exoplanetas más pequeños conocidos hasta la fecha.

"A medida que nuestros instrumentos y técnicas se vuelvan lo suficientemente sensibles como para encontrar y estudiar planetas más alejados de sus estrellas, es posible que empecemos a encontrar muchos más mundos acuáticos como Kepler-138 c y d", concluye Benneke.