K2-18b, un planeta extrasolar algo mayor que la Tierra situado a 124 años luz de distancia, saltó a la fama el pasado septiembre cuando dos equipos diferentes anunciaron en la revista «Nature Astronomy» el hallazgo de vapor de agua en su atmósfera. Era la primera vez que se descubría este elemento en un mundo rocoso fuera del sistema solar que además se encuentra en la zona de habitabilidad de su estrella, donde las temperaturas podrían permitir la existencia de agua líquida y, quizás, de vida. Sin embargo, la extensión de esa atmósfera y qué se fragua por debajo seguían siendo un misterio.

Ahora, un equipo de la Universidad de Cambridge ha utilizado la masa, el radio y los datos atmosféricos del exoplaneta para desvelarlo. Y ha determinado que, en efecto, este mundo es prometedor. Según sus conclusiones, es perfectamente posible que aloje agua líquida en condiciones habitables bajo su atmósfera rica en hidrógeno. Incluso podría tratarse de un mundo oceánico. Los resultados, publicados en «The Astrophysical Journal Letters», abren la búsqueda de vida a mundos significativamente más grandes que el nuestro pero más pequeños que Neptuno.

«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», señala Nikku Madhusudhan, del Instituto de Astronomía de Cambridge y responsable de 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».

Envoltura de hidrógeno
Dado el gran tamaño de K2-18b, que tiene 2,6 veces el radio y 8,6 veces la masa de la Tierra, se ha sugerido que sería más como una versión más pequeña de Neptuno que una versión más grande de la Tierra. Se espera que un 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.

Madhusudhan y su equipo demostraron 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 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. Para explicar los datos, emplearon modelos numéricos detallados y métodos estadísticos.

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.

Mundo oceánico
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.

«Hemos demostrado que no se necesita mucho hidrógeno para explicar todas las observaciones juntas», dice el coautor Matthew Nixon, estudiante de doctorado en el Instituto de Astronomía.

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 mundos similares al nuestro Además, los planetas como K2-18b son más accesibles para las observaciones atmosféricas con las instalaciones actuales y futuras. Según los autores, las restricciones atmosféricas obtenidas en este estudio se podrán refinar gracias a futuros equipos de observación como el próximo telescopio espacial James Webb.

abc

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