Detectan muy poca agua en exoplanetas tipo Júpiter calientes

Un equipo de astrónomos, usando el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, ha ido en busca de vapor de agua en la atmósfera de tres planetas en órbita alrededor de estrellas similares al Sol. Los resultados fueron que hallaron casi nada de este vital elemento, pues encontraron que estos exoplanetas están casi secos. Los tres planetas: HD 189733b, HD 209458b, y WASP-12b, se encuentran entre 60 y 900 años luz de distancia, y son todos gigantes gaseosos conocidos como "Júpiter calientes". Estos mundos poseen temperaturas superficiales extremas, de 900 a 2200 grados Celsius, por lo que serían candidatos ideales para la detección de agua en estado gaseoso en sus atmósferas. El nuevo descubrimiento pone de relieve algunos de los principales retos en la búsqueda del exoplaneta 'santo grial', aquél que posea un clima similar al de la Tierra, y que tenga una de las características fundamentales para sostener la vida que es la presencia de agua en estado líquido.

Vista artística de un exoplaneta.

Crédito: Trent Schindler, National Science Foundation

Sin embargo, los tres planetas tienen sólo entre una décima a una milésima parte de la cantidad de agua predicha por las teorías de formación planetaria estándar. El parámetro mejor medido espectroscópicamente para la presencia de agua en estado de gas fue para el planeta HD 209458b, y dio entre 4 y 24 partes por millón. Los resultados plantean nuevos interrogantes acerca de cómo se forman los planetas extrasolares y ponen de relieve los desafíos en la búsqueda de agua en exoplanetas similares a la Tierra en el futuro.

"Nuestra medición de agua en uno de los planetas, HD 209458b, es la medición de mayor precisión de cualquier compuesto químico en un planeta fuera del sistema solar, y ahora podemos decir con mucha mayor certeza que hemos encontrado agua en un exoplaneta", dijo el doctor Nikku Madhusudhan, del Instituto de Astronomía de la Universidad de Cambridge, quien dirigió la investigación. Sin embargo, aclaró que la baja abundancia de agua que hallaron fue sorprendente.

El Dr Madhusudhan y sus colaboradores utilizaron un espectroscopio para analizar espectros de absorción en el infrarrojo cercano de las atmósferas planetarias observadas con el Telescopio Espacial Hubble. Las mediciones se practicaron durante el tránsito de estos exoplanetas; es decir, momento en que estos cuerpos celestes pasaban delante de sus estrellas madre (visto desde la Tierra). Las características de absorción de vapor de agua en la atmósfera planetaria se superponen a la pequeña cantidad de luz de las estrellas que pasa a través de la atmósfera planetaria antes de llegar al telescopio. El espectro planetario se obtiene mediante la determinación de la variación en el espectro estelar causado debido a la atmósfera planetaria y se utiliza entonces para estimar la cantidad de vapor de agua en la atmósfera planetaria utilizando modelos informáticos sofisticados y técnicas estadísticas. Es decir, que se compara el espectro patrón de la estrella con el espectro obtenido al pasar esta luz por la atmósfera del exoplaneta.

Madhusudhan dijo que los hallazgos representan un gran desafío para la teoría de exoplanetas. "Básicamente, se abre todo un abanico de posibilidades en la formación de planetas. Esperábamos que estos planetas tengan mucha agua en sus atmósferas. Tenemos que volver y replantear los modelos de formación de planetas y de migración de planetas gigantes, especialmente los Júpiter calientes, para investigar cómo se forman".

La teoría actualmente aceptada sobre cómo los planetas gigantes de nuestro sistema solar se formaron es conocida como acreción del núcleo, en el que se forma un protoplaneta alrededor de la joven estrella en un disco protoplanetario formado principalmente de hidrógeno, helio, partículas heladas y polvo compuesto de otros elementos químicos. Las partículas de polvo se adhieren entre sí, formando granos más grandes y más grandes. Las fuerzas gravitacionales del disco actúan en estos granos formando planetesimales, los cuales se agigantan hasta formar un núcleo sólido. Este núcleo de condensación gravitatoria atraerá más gas y polvo para formar finalmente un planeta gigante.

Esta teoría predice que las proporciones de los diferentes elementos químicos en el planeta se han “mejorado” con respecto a los de su estrella, enriqueciéndose especialmente de oxígeno. Una vez que se forma un planeta gigante, se espera que su oxígeno atmosférico esté unido químicamente en gran proporción con el hidrógeno, formando así agua. Por lo tanto, los niveles muy bajos de vapor de agua que se encontraron a partir de esta investigación plantean una serie de preguntas acerca de los ingredientes químicos que conducen a la formación de los planetas.

"Hay muchas cosas que todavía no entendemos acerca de exoplanetas. Esto abre un nuevo capítulo en la comprensión de cómo se forman los planetas y sistemas solares", dijo el doctor Drake Deming, de la Universidad de Maryland, quien dirigió uno de los estudios precursores y es un co-autor en el presente estudio. "Estos resultados destacan que la espectroscopia de alta precisión, a partir de observaciones adicionales del Telescopio Espacial Hubble y los telescopios de última generación actualmente en desarrollo, hará que esta tarea sea más fácil".

"Estos planetas muy calientes con densas atmósferas orbitan algunas de nuestras estrellas más cercanas, por lo que son los mejores candidatos para la medición de los niveles de agua. Sin embargo, dichos niveles encontrados fueron muy inferiores a lo esperado", dijo el doctor Madhusudhan. "Estos resultados muestran lo difícil que puede ser encontrar agua en exoplanetas similares a la Tierra en nuestra búsqueda de mundos potenciales para sostener la vida". 

Por supuesto que los instrumentos en los futuros telescopios destinados a la búsqueda de firmas biológicas pueden necesitar ser diseñados con una mayor sensibilidad.

Los investigadores también consideraron la posibilidad de que las nubes puedan ser las responsables del oscurecimiento parcial de las atmósferas planetarias, lo que conduciría a los bajos niveles de agua observados. Sin embargo, esa explicación requiere de partículas pesadas suspendidas dentro de las nubes, lo cual quizás represente valores demasiado altos en la atmósfera de estos planetas y no sea plausible de aplicación para todos los planetas en el estudio.

Por BFA
Fuente:
NASA's Quest for Water on Alien Worlds "The Holy Grail?"