Los astrónomos han descubierto que un exoplaneta de más del doble del tamaño de la Tierra es potencialmente habitable, lo que abre la búsqueda de vida a planetas significativamente más grandes que la Tierra pero más pequeños que Neptuno.
Un equipo de la Universidad de Cambridge utilizó la masa, el radio y los datos atmosféricos del exoplaneta K2-18b y determinó que es posible que el planeta aloje agua líquida en condiciones habitables bajo su atmósfera rica en hidrógeno. Los resultados se informan en The Astrophysical Journal Letters.
El exoplaneta K2-18b, a 124 años luz de distancia, tiene 2,6 veces el radio y 8,6 veces la masa de la Tierra, y orbita su estrella dentro de la zona habitable, donde las temperaturas podrían permitir la existencia de agua líquida. El planeta fue objeto de una importante cobertura mediática en el otoño de 2019, ya que dos equipos diferentes informaron la detección de vapor de agua en su atmósfera rica en hidrógeno. Sin embargo, la extensión de la atmósfera y las condiciones del interior debajo seguían siendo desconocidas.
"Se ha detectado vapor de agua en las atmósferas de una serie de exoplanetas, pero, incluso si el planeta está en la zona habitable, eso no significa necesariamente que haya condiciones habitables en la superficie", dijo el Dr. Nikku Madhusudhan del Instituto de Astronomía de Cambridge. , quien dirigió la nueva investigación. "Para establecer las perspectivas de habitabilidad, es importante obtener una comprensión unificada de las condiciones interiores y atmosféricas en el planeta, en particular, si el agua líquida puede existir debajo de la atmósfera".
Dado el gran tamaño de K2-18b, se ha sugerido que sería más como una versión más pequeña de Neptuno que una versión más grande de la Tierra. Se espera que una 'mini-Neptuno' tenga una 'envoltura' de hidrógeno significativa que rodea una capa de agua a alta presión, con un núcleo interno de roca y hierro. Si la envoltura de hidrógeno es demasiado gruesa, la temperatura y la presión en la superficie de la capa de agua debajo serían demasiado grandes para soportar la vida.
Ahora, Madhusudhan y su equipo han demostrado que a pesar del tamaño de K2-18b, su envoltura de hidrógeno no es necesariamente demasiado gruesa y la capa de agua podría tener las condiciones adecuadas para soportar la vida. Utilizaron las observaciones existentes de la atmósfera, así como la masa y el radio, para determinar la composición y estructura de la atmósfera y el interior utilizando modelos numéricos detallados y métodos estadísticos para explicar los datos.
Los investigadores confirmaron que la atmósfera es rica en hidrógeno con una cantidad significativa de vapor de agua. También descubrieron que los niveles de otras sustancias químicas como el metano y el amoníaco eran más bajos de lo esperado para dicha atmósfera. Queda por ver si estos niveles pueden atribuirse a procesos biológicos.
Luego, el equipo utilizó las propiedades atmosféricas como condiciones de contorno para los modelos del interior planetario. Exploraron una amplia gama de modelos que podrían explicar las propiedades atmosféricas, así como la masa y el radio del planeta. Esto les permitió obtener el rango de condiciones posibles en el interior, incluida la extensión de la envoltura de hidrógeno y las temperaturas y presiones en la capa de agua.
"Queríamos saber el grosor de la envoltura de hidrógeno, qué tan profundo es el hidrógeno", dijo el coautor Matthew Nixon, estudiante de doctorado en el Instituto de Astronomía. "Si bien esta es una pregunta con múltiples soluciones, hemos demostrado que no se necesita mucho hidrógeno para explicar todas las observaciones juntas".
Los investigadores encontraron que la extensión máxima de la envoltura de hidrógeno permitida por los datos es de alrededor del 6% de la masa del planeta, aunque la mayoría de las soluciones requieren mucho menos. La cantidad mínima de hidrógeno es aproximadamente una millonésima en masa, similar a la fracción de masa de la atmósfera de la Tierra. En particular, una serie de escenarios permiten un mundo oceánico, con agua líquida debajo de la atmósfera a presiones y temperaturas similares a las que se encuentran en los océanos de la Tierra.
Este estudio abre la búsqueda de condiciones habitables y biofirmas fuera del sistema solar a exoplanetas que son significativamente más grandes que la Tierra, más allá de los exoplanetas similares a la Tierra. Además, los planetas como K2-18b son más accesibles para las observaciones atmosféricas con instalaciones de observación actuales y futuras. Las restricciones atmosféricas obtenidas en este estudio se pueden refinar utilizando observaciones futuras con grandes instalaciones como el próximo telescopio espacial James Webb.