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Astrónomos descubren 2 mundos oceánicos

El equipo de astrónomos liderado por la Universidad de Montreal (UdeM) encuentran dos exoplanetas oceánicos según un estudio realizado.

Los astrónomos han descubierto evidencia de que dos exoplanetas que orbitan alrededor de una estrella enana roja son “mundos de agua”, planetas donde el agua constituye una gran fracción del volumen. Ubicados en un sistema planetario a 218 años luz de distancia en la constelación de Lyra, estos mundos son diferentes a cualquier planeta que se encuentre en nuestro sistema solar.

Un estudio detallado de un sistema planetario conocido como Kepler-138 se publicará hoy (15 de diciembre) en la revista Nature Astronomy. El equipo fue dirigido por la estudiante de doctorado Caroline Piaulet del Instituto Trottier para la Investigación de Exoplanetas (iREx) en la Université de Montréal.

Piaulet, que forma parte del equipo de investigación de Björn Benneke, observó los exoplanetas Kepler-138c y Kepler-138d con los telescopios espaciales Hubble y Spitzer de la NASA. 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 previamente por el Telescopio Espacial Kepler de la NASA .

El agua no se detectó directamente. Sin embargo, al comparar los tamaños y masas de los planetas con los modelos, concluyen que una fracción significativa de su volumen (hasta la mitad) debería estar formada por materiales que son más livianos que la roca pero más pesados ​​que el hidrógeno o el helio (que constituyen el gran parte de los planetas gigantes gaseosos como Júpiter ). El agua es el material candidato más común que se ajusta a estas especificaciones.


“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 Benneke. “Sin embargo, ahora hemos demostrado que estos dos planetas, Kepler-138c y d, son de naturaleza bastante diferente: una gran fracción de su volumen total probablemente esté compuesta de agua. Es la primera vez que observamos planetas que pueden identificarse con confianza como mundos acuáticos, un tipo de planeta cuya existencia los astrónomos teorizaron durante mucho tiempo”.

“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 Benneke. “Sin embargo, ahora hemos demostrado que estos dos planetas, Kepler-138c y d, son de naturaleza bastante diferente: una gran fracción de su volumen total probablemente esté compuesta de agua. Es la primera vez que observamos planetas que pueden identificarse con confianza como mundos acuáticos, un tipo de planeta cuya existencia los astrónomos teorizaron durante mucho tiempo”.

Con volúmenes de más de tres veces el de la Tierra y masas el 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 a los dos planetas, dicen los investigadores, serían 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 mucho más cerca de su estrella”, explicó Piaulet. “En lugar de una superficie helada, Kepler-138 c y d albergarían grandes envolturas de vapor de agua”.

Según los investigadores, es posible que los planetas no tengan océanos directamente en la superficie del planeta como los que tenemos en la Tierra. “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 espesa y densa hecha de vapor en estos planetas. Solo bajo esa atmósfera de vapor podría haber agua líquida a alta presión, o incluso agua en otra fase que ocurre a altas presiones, llamada fluido supercrítico”, dijo Piaulet.

Recientemente, otro equipo de la Universidad de Montreal encontró otro planeta, llamado TOI-1452 b , que potencialmente podría estar cubierto con un océano de agua líquida, pero se necesitará el Telescopio Espacial James Webb de la NASA para estudiar su atmósfera y confirmar la presencia del Oceano.

Sección transversal de la Tierra (izquierda) y el exoplaneta Kepler-138 d (derecha). Al igual que la Tierra, este exoplaneta tiene un interior compuesto de metales y rocas (parte marrón), pero Kepler-138 d también tiene una gruesa capa de agua a alta presión en varias formas: agua supercrítica y potencialmente líquida en las profundidades del planeta y un extenso envoltura de vapor de agua (tonos de azul) encima. Estas capas de agua constituyen más del 50% de su volumen, o una profundidad de unos 2000 km. La Tierra, en comparación, tiene una fracción insignificante de agua líquida con una profundidad oceánica promedio de menos de 4 km. Crédito: Benoit Gougeon, Universidad de Montreal

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Un nuevo exoplaneta en el sistema

En 2014, los astrónomos anunciaron la detección de tres planetas que orbitan alrededor de Kepler-138, una estrella enana roja en la constelación de Lyra, utilizando datos del telescopio espacial Kepler de la NASA. Esto se basó en un tránsito: la caída medible en la luz de las estrellas cuando el planeta pasó momentáneamente frente a 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.

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 Spitzer sugerían la presencia de un cuarto planeta en el sistema, Kepler-138e.

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. El planeta está en la zona habitable de su estrella , una región templada donde un planeta recibe la cantidad justa de calor de su estrella fría para que no sea ni demasiado caliente ni demasiado frío para permitir la presencia de agua líquida.

Sin embargo, la naturaleza de este planeta adicional recién descubierto sigue siendo una pregunta abierta porque no parece transitar por su estrella anfitriona. La observación del tránsito del exoplaneta habría permitido a los astrónomos determinar su tamaño.

Con Kepler-138e ahora en la imagen, 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 d son planetas “gemelos”, con prácticamente el mismo tamaño y masa, mientras que antes se pensaba que eran drásticamente diferentes. El planeta más cercano, Kepler-138b, por otro lado, se confirma que 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 mundos acuáticos como Kepler-138 c y d”, concluyó Benneke.

Referencia: “Evidencia de la composición rica en volátiles de un planeta de 1,5 de radio terrestre” 15 de diciembre de 2022, Nature Astronomy . DOI: 10.1038/s41550-022-01835-4

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