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Hubble ayuda a descubrir un nuevo tipo de planeta compuesto en gran parte de agua

Los investigadores han encontrado evidencia de la existencia de un nuevo tipo de planeta que han llamado un “mundo acuático”, donde el agua constituye una gran fracción de todo el planeta. Estos mundos, descubiertos en un sistema planetario a 218 años luz de distancia, son diferentes a cualquier planeta de nuestro Sistema Solar.

El equipo, dirigido por Caroline Piaulet del Instituto de Investigación sobre Exoplanetas (iREx) de la Universidad de Montreal, publicó un estudio detallado de un sistema planetario conocido como Kepler-138 en la revista Nature Astronomy el 15 de diciembre de 2022.

Piaulet, que es miembro del equipo de investigación de Björn Benneke en la Universidad de Montreal, observó los exoplanetas Kepler-138 c y Kepler-138 d con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA y el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA. Descubrió que los planetas podrían estar compuestos en gran parte de agua.

El agua no se detectó directamente, pero 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 hecha de materiales que son 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 material candidato más común 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 es por eso que los llamamos súper-Tierras”, explicó Benneke. “Sin embargo, ahora hemos demostrado que estos dos planetas, Kepler-138 c y d, son de naturaleza bastante diferente y que una gran fracción de todo su volumen probablemente esté compuesta de agua. Es la mejor evidencia hasta ahora de mundos acuáticos, un tipo de planeta que los astrónomos teorizaron que existió durante mucho tiempo”.

Con volúmenes más de tres veces mayores que los de la Tierra y masas dos veces más grandes, los planetas c y d tienen densidades mucho más bajas que la Tierra. Esto es sorprendente porque la mayoría de los planetas 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, serían algunas de las lunas heladas en el Sistema Solar exterior que también están compuestas en gran parte de agua que rodea un núcleo rocoso.

“Imagine versiones más grandes de Europa o Encelado, las lunas ricas en agua que orbitan Júpiter y Saturno, pero se acercan mucho más a su estrella”, explicó Piaulet. “En lugar de una superficie helada, albergarían grandes envolturas de vapor de agua.”

“La identificación segura de un objeto con la densidad de las lunas heladas del Sistema Solar, pero significativamente más grande y más masivo, demuestra claramente la gran diversidad de exoplanetas”, agregó el miembro del equipo Jose-Manuel Almenara de la Universidad Grenoble Alpes en Francia. “Se espera que esto sea el resultado de una variedad de procesos de formación y evolución”.

Los investigadores advierten que los planetas pueden no tener océanos como los de la Tierra directamente en la superficie del planeta. “La temperatura en la atmósfera de Kepler-138 d está probablemente por encima del punto de ebullición del agua, y esperamos una atmósfera densa y espesa hecha de vapor en este planeta. 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.

El Telescopio Espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA también facilitará valiosas investigaciones de seguimiento. “Ahora que hemos identificado de forma segura el Kepler-138 d del ‘mundo acuático’, el Telescopio Espacial James Webb es la clave para revelar la composición atmosférica de un objeto tan exótico”, compartió el miembro del equipo Daria Kubyshkina de la Academia Austriaca de Ciencias. “Nos dará información crítica que nos permitirá comparar la composición de las lunas heladas del sistema solar con la de sus contrapartes extrasolares más grandes y pesadas.

Recientemente, otro equipo de la Universidad de Montreal encontró un planeta llamado TOI-1452b que podría estar cubierto con un océano de agua líquida, pero Webb también será necesario para confirmar esto.

En 2014, los datos del Telescopio Espacial Kepler de la NASA permitieron a los astrónomos anunciar la detección de tres planetas orbitando Kepler-138, una estrella enana roja en la constelación de Lyra. Esto se basó en una caída medible en la luz de las estrellas a medida que cada planeta pasaba momentáneamente frente a la 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 capturar más tránsitos de Kepler-138 d, el tercer planeta del sistema, con el fin de estudiar su atmósfera.

La identificación segura de un objeto con la densidad de las lunas heladas del sistema solar, pero significativamente más grande y más masivo, demuestra claramente la gran diversidad de exoplanetas, que se espera que sea el resultado de una variedad de procesos de formación y evolución.

Un nuevo exoplaneta en el sistema

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

Este planeta recién descubierto es pequeño y está más lejos 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 donde recibe la cantidad justa de calor de su estrella fría para no ser ni demasiado caliente ni demasiado fría para permitir la presencia de agua líquida.

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

Con Kepler-138 e 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 implica rastrear pequeñas variaciones en los momentos precisos de los tránsitos de los planetas frente a su estrella causadas por la atracción gravitacional de otros planetas cercanos.

Los investigadores tuvieron otra sorpresa: encontraron que los dos mundos acuáticos Kepler-138 c y d son planetas “gemelos”, con prácticamente el mismo tamaño y masa, mientras que anteriormente se pensaba que eran drásticamente diferentes. El planeta más cercano, Kepler-138 b, por otro lado, se confirma que es un pequeño planeta de 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 como para encontrar y estudiar planetas que están más lejos de sus estrellas, podríamos comenzar a encontrar muchos más de estos mundos acuáticos”, concluyó Benneke.

Referencia: El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la ESA y la NASA. El equipo internacional de astrónomos en este estudio está formado por C. Piaulet (Universidad de Montreal, Canadá), B. Benneke (Universidad de Montreal, Canadá), J. M. Almenara (Universidad Grenoble Alpes, Francia), D. Dragomir (Universidad de Nuevo México, EE.UU.), H. A. Knutson (Instituto de Tecnología de California, EE.UU.), D. Thorngren (Universidad de Montreal, Canadá), MS Peterson (Universidad de Montreal, Canadá), I. J. M. Crossfield (Universidad de Kansas, EE.UU.), E. M.-R. Kempton (Universidad de Maryland, EE.UU.), D. Kubyshkina (Academia Austríaca de Ciencias, Austria), A. W. Howard (Instituto de Tecnología de California, EE.UU.), R. Angus (Museo Americano de Historia Natural, EE.UU.), H. Isaacson (Universidad de California – Berkeley, EE.UU.), L. M. Weiss (Universidad de Notre Dame, EE.UU.), C. A. Beichman (Centro de Análisis y Procesamiento Infrarrojo-Caltech, EE.UU.), J. J. Fortney (Universidad de California, Estados Unidos), L. Fossati (Academia Austríaca de Ciencias, Austria), H. Lammer (Academia Austríaca de Ciencias, Austria), P. R. McCullough (Universidad Johns Hopkins, Estados Unidos; Space Telescope Science Institute, EE.UU.), C. V. Morley (Universidad de Texas, EE.UU.) e I. Wong (Massachusetts Institute of Technology, EE.UU.; 51 Pegasi b Fellow). Crédito de la imagen: NASA, ESA, L. Hustak (STScI)

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