Temperaturas extremas, intensa radiación ultravioleta y rayos X. Descubrir si hay agua y, por ende, atmósfera en esas condiciones sería un gran avance para la ciencia de los exoplanetas.
Gonzalo Duque-Escobar*
Radiación, agua y atmósfera: un delicado equilibrio…
Hay vida en la Tierra gracias a la energía de nuestra estrella —el Sol—, al agua y a nuestra atmósfera, entre muchos otros factores. Por esto sería importante descubrir alguna de estas tres condiciones en otros planetas. Podemos buscarlas en el Sistema Solar; pero también fuera de él: en los exoplanetas.
Según datos del telescopio James Webb, habría vapor de agua en el exoplaneta rocoso GJ 486 b. Esto significaría una de dos cosas:
- GJ 486 b tiene una atmósfera suficientemente estable como para que el vapor de agua no se disperse en el vacío;
- que el vapor viene de las “manchas frías” de su estrella anfitriona —la enana roja Gliese 486—.
Aún faltan investigaciones complementarias para resolver este dilema.
…muy difícil de encontrar
La Tierra está a aproximadamente 250 billones de kilómetros de GJ 486 b. Por brevedad, los astrónomos lo miden como 26,3 años luz (el tiempo que la luz se demoraría en recorrer esa distancia) o 8,1 parsecs (‘paralaje de un segundo de arco’, una unidad de medida más compleja que se explica aquí).
Según la Nasa, GJ 486 b está demasiado cerca de su estrella para ser habitable; por ejemplo, su atmósfera está a 430 ℃ (la misma temperatura de la superficie de Venus).
Por esto, si el vapor de agua es de su atmósfera, se probaría que puede haber agua aún en estas desafiantes condiciones físicas: temperaturas extremas, radiación intensa y campos magnéticos fuertes. Sería un gran avance para la ciencia de los exoplanetas aclarar si puede haber una atmósfera estable en un entorno tan hostil.
La peligrosa “zona habitable” de las enanas rojas
Gliese 486 —el “sol” de este planeta— es una enana roja. Este tipo de estrella es de las más comunes en el universo, gracias a su longevidad. Por lo tanto, las enanas rojas tienen mayor probabilidad de albergar exoplanetas rocosos.
“Las estrellas enanas rojas son frías, por lo que un planeta tiene que estar en una órbita cercana para alcanzar la temperatura suficiente para tener agua líquida (lo que significa que está en la zona habitable). Estas estrellas también son activas, especialmente cuando son jóvenes: liberan radiación ultravioleta y rayos X que podrían destruir las atmósferas planetarias” [traducción y adaptación nuestra de este artículo de la Nasa].
En este caso, aún se desconoce si una atmósfera puede persistir en estos entornos de radiación ultravioleta extrema altamente variables. Por esta razón, el desafío es detectar si hay atmósferas en los mundos rocosos más favorables que orbitan esta clase de estrellas.
Espectroscopia: la huella luminosa de la materia
No podemos tomar muestras de estrellas o planetas lejanos; pero podemos descubrir de qué están hechos analizando la luz que emiten, mediante la espectroscopia.
En este caso, aún se desconoce si una atmósfera puede persistir en estos entornos de radiación ultravioleta extrema altamente variables. Por esta razón, el desafío es detectar si hay atmósferas en los mundos rocosos más favorables que orbitan esta clase de estrellas.
Los exoplanetas rocosos que orbitan enanas rojas son prometedores para este tipo de investigaciones, aunque su composición atmosférica siga siendo una pregunta abierta. Podemos investigarlos gracias a los instrumentos de última generación o de un futuro cercano, a pesar de las dificultades de un medio donde el alto flujo de rayos X y la radiación ultravioleta de las enanas rojas pueden ocasionar el escape atmosférico.
El escenario: un planeta rocoso (como el nuestro)
GJ 486 b se descubrió en 2021. A diferencia de los planetas gigantes gaseosos —como Júpiter y Saturno—, este planeta rocoso es un planeta terrestre o telúrico: formado principalmente por silicatos.
Así ocurre con Mercurio, Venus, la Tierra y Marte; en todos los casos tienen la misma estructura: un núcleo metálico, mayoritariamente férreo, y un manto de silicatos que lo rodea.
Los planetas terrestres tienen un variado relieve superficial: las geoformas incluyen valles, montañas, cañones, fallas, cráteres y volcanes.
Los planetas gigantes gaseosos tienen atmósferas primarias. Esto significa que las heredaron de los gases que, atraídos por la gravedad, los formaron como planetas. Los planetas terrestres tienen atmósferas secundarias, que surgieron de procesos geológicos internos, como el vulcanismo.
Esto último ocurrió en el caso de la Tierra: su atmósfera es de origen volcánico; está hecha de fluidos liberados manto terrestre recién formado. Por ejemplo, nuestro planeta tardó 1000 millones de años en formar sus océanos, tras la precipitación del agua contenida en su atmósfera primitiva.
Por esto, el planeta GJ 486 b es ideal tanto para espectroscopia de transmisión (que analiza la luz de la estrella transmitida a través de la atmósfera del planeta) como de emisión (la luz directa de la estrella), y para probar modelos interiores de planetas telúricos.
Estos son algunos datos adicionales sobre este planeta:
- su masa es de 2,82 tierras;
- orbita a tan solo 2,6 millones de km o 0,01734 unidades astronómicas (medida equivalente a la distancia promedio entre la Tierra y el Sol): la centésima parte de la distancia entre la Tierra y el Sol, aproximadamente;
- su excentricidad es de 0,05;
- su rotación dura 1,5 días en torno a una estrella de tipo M o enana roja.
Hay muchas enanas rojas, pero no es fácil estudiarlas
La secuencia principal es el estado en el que las estrellas consumen hidrógeno; en este proceso, que es el primer estado de cualquier estrella, pasan cerca del 90 % de su vida.
En el vecindario solar, alrededor del 76 % de las estrellas de secuencia principal son enanas rojas. Tienen una luminosidad muy baja y, por lo tanto, no son suficientemente brillantes como para verse a simple vista, salvo condiciones excepcionales.
El telescopio espacial Webb —esa máquina del tiempo que, al sumergirse en las profundidades del espacio, nos permite mirar ahora el universo de hace 13.000 millones de años y, por lo tanto, en su estado temprano, después del Big Bang— halló esta información trascendental con su espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec).
Con este instrumento también se han estudiado planetas alrededor de estrellas relativamente pequeñas conocidas como enanas rojas, que son mucho más frías que el Sol.
Aún faltan más observaciones con otros instrumentos del telescopio espacial James Webb para aclarar el origen del vapor de agua, sobre todo si este planeta se encuentra demasiado cerca de su estrella anfitriona como para albergar agua líquida.
El hallazgo
La dificultad de este interesante hallazgo radica en que su estrella anfitriona libera radiación electromagnética de alta energía, como los rayos X o la radiación ultravioleta. Como ya se mencionó, podría destruir las atmósferas planetarias en su entorno.
Si así fuera, el vapor de agua detectado por el Webb vendría de su estrella: de las manchas estelares frías de la enana roja, dado que en esta clase de astros suelen darse unas regiones relativamente frías y oscuras, que se ven en las “superficies” de algunas estrellas que giran rápidamente.
Lo que ha desconcertado a los astrónomos es que GJ 486 b está demasiado cerca de su estrella anfitriona como para albergar agua líquida.
El origen estelar del agua
El origen del agua en el universo está en las estrellas:
- el hidrógeno se creó en el Big Bang;
- el oxígeno es el resultado de procesos de nucleosíntesis en estrellas masivas que, como mínimo, puedan fusionar helio.
Entonces está claro que el agua es un compuesto abundante en la naturaleza, pero que no siempre estará en estado líquido.
Hay agua en condiciones extremas
El blog Enséñame de Ciencia aclara: “No es la primera vez que se detecta vapor de agua en exoplanetas, aunque han sido gaseosos. Bajo estas circunstancias, hasta la fecha no se había detectado ninguna atmósfera alrededor de un exoplaneta rocoso”.
La dificultad de este interesante hallazgo radica en que su estrella anfitriona libera radiación electromagnética de alta energía, como los rayos X o la radiación ultravioleta. Como ya se mencionó, podría destruir las atmósferas planetarias en su entorno.
Entonces, puede haber atmósfera en esta “supertierra caliente” y con una órbita pequeña casi perfecta, aunque la temperatura de equilibrio sea de aproximadamente 430 °C —la temperatura de la superficie de Venus—.
Pero un posible efecto invernadero elevaría su temperatura; también, una rotación limitada alrededor de la estrella Gliese 486 podría distribuir desigualmente la temperatura en la superficie del planeta. En este caso, las altas temperaturas traerían un balance desfavorable: GJ 486 b perdería una gran parte o, incluso, toda su atmósfera original, aunque la aceleración gravitacional de este planeta 70 % más grande que la Tierra contrarreste la pérdida de la atmósfera.
Implicaciones
El telescopio espacial James Webb tiene un espejo de 6,6 metros de diámetro, formado por dieciocho segmentos hexagonales; además de operar en el espectro visible de la luz, está optimizado para el infrarrojo cercano y el infrarrojo medio. Gracias a esta enorme capacidad, los astrofísicos ven la oportunidad de escudriñar zonas de habitabilidad estelar, que serían las regiones de un planeta o satélite rocoso donde se cumplen las condiciones para que haya agua en estado líquido en la superficie:
- que llegue la radiación precisa, ni más ni menos;
- que tenga una masa comprendida entre ½ y 10 masas terrestres, con su respectiva atracción gravitacional;
- que tenga una presión atmosférica superior a 6,1 mbar, la presión en la que el punto triple del agua (cuando coexisten hielo, agua líquida y vapor) está a 0,01 ℃.
