Aunque los telescopios no pueden observar directamente las superficies de los planetas, sus densidades indican que son más ligeros que los mundos rocosos pero más pesados que los dominados por el gas.
Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Montreal encontró evidencia de que dos exoplanetas que orbitan alrededor de una estrella enana roja son “mundos de agua”, donde el agua constituye una gran fracción de todo el planeta. Estos mundos, ubicados en un sistema planetario a 218 años luz de distancia en la constelación de Lyra, no se parecen a ningún planeta que se encuentre en nuestro sistema solar.
El equipo, dirigido por Caroline Piaulet del Instituto de Investigación de Exoplanetas (iREx) de la Universidad de Montreal, publicó hoy un estudio detallado de este sistema planetario, conocido como Kepler-138, en la revista Nature Astronomy.
Piaulet y sus colegas observaron los exoplanetas Kepler-138c y Kepler-138d con el Hubble de la NASA y los telescopios espaciales retirados Spitzer y descubrieron que los planetas podrían estar compuestos en gran 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 pesado 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.
“Anteriormente pensábamos que los planetas que eran un poco más grandes 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 fracción de su volumen total probablemente esté compuesta de agua. Es la mejor evidencia hasta ahora de los mundos acuáticos, un tipo de planeta que los astrónomos teorizaron que existía durante mucho tiempo”.
Con volúmenes de más de tres veces el de la Tierra y masas del doble, los planetas c y d tienen densidades mucho más bajas que la Tierra. Esto es sorprendente porque la mayoría de los planetas apenas un poco más grandes que la Tierra que se han estudiado en detalle hasta ahora 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.
“Imagínese 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 otra fase 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 caída medible en la luz de las estrellas cuando el planeta pasó momentáneamente desde 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 mundos acuáticos posibles, 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 evidencia 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. Observar el tránsito del exoplaneta habría permitido a los astrónomos determinar su tamaño.
Con Kepler-138e ahora en mente, 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 gravitacional de otros planetas cercanos.
Los investigadores tuvieron 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.
Más sobre la misión
Todo el cuerpo de datos científicos recopilados por Spitzer durante su vida está disponible para el público a través del archivo de datos de Spitzer, alojado en el Archivo de ciencia infrarroja en IPAC en Caltech en Pasadena, California. El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, una división de Caltech, administró las operaciones de la misión Spitzer para la Dirección de Misiones Científicas de la agencia en Washington. Las operaciones científicas se llevaron a cabo en el Centro de Ciencias Spitzer en IPAC en Caltech. Las operaciones de la nave espacial se basaron en Lockheed Martin Space en Littleton, Colorado.
Para obtener más información en Inglés sobre la misión Spitzer de la NASA, visita https://www.jpl.nasa.gov/missions/spitzer-space-telescope
Traducción no oficial con fines divulgativos del artículo original en Inglés.
Créditos: NASA / JPL-Caltech