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La comunidad de
exoplanetas
ya dispone de medios para detectar una atmósfera de H2 mediante espectroscopia
de transmisión. Sin embargo, la masa de la atmósfera de H2 -el parámetro que
controla la temperatura en el fondo de la atmósfera y, por tanto, la
posibilidad de que haya agua líquida- no se puede medir directamente a partir
del espectro de transmisión.
En un nuevo estudio, los científicos
han creado una nueva técnica que podría ayudarles a acotar la búsqueda de
exoplanetas o planetas potencialmente habitables más allá de nuestro sistema
solar. Han demostrado que el uso de la química de la atmósfera de un planeta
-las sustancias químicas de la atmósfera de un exoplaneta- podría revelar
pistas sobre lo que hay debajo, concretamente, qué planetas son demasiado
calientes para albergar océanos de agua líquida.
El estudio sugiere
que las sustancias químicas podrían indicar la existencia de océanos ocultos
en exoplanetas con un diámetro entre 1,7 y 3,5 veces el de la Tierra. Debido a
su mayor tamaño que la Tierra, estos exoplanetas se conocen a veces como "subneptunos".
Los exoplanetas neptunianos suelen tener una gruesa atmósfera
que atrapa el calor en la superficie y eleva la temperatura. Si la atmósfera
alcanza un determinado umbral -normalmente unos 1.430 grados Fahrenheit (770
grados Celsius)- se produce un equilibrio termoquímico que cambia su perfil
químico.
Una vez que se inicia el proceso, el carbono y el
nitrógeno estarán predominantemente en forma de metano y amoníaco. Estas
sustancias químicas no están presentes en atmósferas más frías y delgadas. En
ese caso, las formas dominantes de carbono y nitrógeno serían el
dióxido de carbono
y las moléculas de dos átomos de nitrógeno.
Además, hay otros
signos que indican la existencia de un océano de agua líquida bajo la
atmósfera. Entre esos signos está la ausencia de casi todo el amoníaco, que
estaría disuelto en el océano. Según los científicos, si existe un océano
debajo, la atmósfera debería estar prácticamente libre de amoníaco.
Además,
habría más dióxido de carbono que monóxido de carbono en la atmósfera; por el
contrario, tras el equilibrio termoquímico, debería haber más monóxido de
carbono que dióxido de carbono si hay cantidades detectables de cualquiera de
ellos.
Renyu Hu, investigador del Laboratorio de Propulsión a
Chorro de la NASA, que dirigió el estudio, dijo: "Si vemos las firmas del
equilibrio termoquímico, concluiríamos que el planeta es demasiado caliente
para ser habitable. A la inversa, si no vemos la firma del equilibrio
termoquímico y también vemos firmas de gas disuelto en un océano de agua
líquida, las tomaríamos como una fuerte indicación de habitabilidad."
"No
tenemos pruebas observacionales directas que nos digan cuáles son las
características físicas comunes de los
sub-Neptunos. Muchos pueden tener atmósferas masivas de hidrógeno, pero bastantes podrían
seguir siendo 'planetas océano'. Espero que este trabajo motive pronto muchas
más observaciones para averiguarlo".
El telescopio espacial James
Webb de la NASA, cuyo lanzamiento está previsto para el 18 de diciembre,
llevará un espectrómetro capaz de estudiar las atmósferas de los exoplanetas.
La misión pretende ver esas atmósferas y lo que podrían revelar sobre estos
mundos lejanos.
Fuentes, créditos y referencias:
Unveiling shrouded oceans on temperate sub-Neptunes via transit signatures of solubility equilibria vs. gas thermochemistry, arXiv:2108.04745 [astro-ph.EP] arxiv.org/abs/2108.04745
Imagen: Los planetas que tienen entre 1,7 y 3,5 veces el diámetro de la
Tierra se denominan a veces "subneptunos". No hay planetas de este tamaño
en el sistema solar de la Tierra, pero los científicos creen que muchos
sub-Neptunos tienen atmósferas gruesas, que podrían ocultar superficies
rocosas u océanos líquidos. Crédito: NASA/JPL-Caltech