Webb, encuentra indicios de vapor de agua en exoplaneta
Webb, encuentra indicios de vapor de agua en exoplaneta
Por: Gonzalo Duque-Escobar*
Aunque para saber si el hallazgo se trata de una señal de agua por la existencia de atmósfera en este exoplaneta rocoso denominado GJ 486 b, o de agua que eventualmente proviniere de la estrella anfitriona denominada Gliese 486, el dilema a resolver aún queda pendiente de investigaciones complementarias; y de verificarse lo primero, es decir, que es de la atmósfera de este planeta ubicado a una distancia de unos 8,1 parsecs equivalentes a 26 años luz de nosotros, se tendría una prueba de presencia de agua en el entorno duro de una estrella, y en la atmósfera de un planeta rocoso caliente donde la temperatura alcanza los 430 grados Celsius, lo que representaría un gran avance para la ciencia de los exoplanetas de resolverse con ello la duda existente de si se podría tener una atmósfera estable en un entorno hostil.
Pero cuando se trata de estrellas enanas rojas, aún se desconoce si los entornos de radiación ultravioleta extrema altamente variables de esta clase de astros, permiten que las atmósferas persistan, razón por la cual el desafío ahora, consiste en determinar si los mundos rocosos más favorables que orbitan esta clase de estrellas, tienen o no atmósferas detectables. Aunque la composición atmosférica de tales planetas rocosos sigue siendo una pregunta abierta, los exoplanetas rocosos en órbitas alrededor de enanas rojas, son objetivos prometedores para la espectroscopia de transmisión, con la instrumentación existente de última generación o en un futuro cercano, a pesar de las dificultades en un medio donde el alto flujo de rayos X y la radiación ultravioleta de sus enanas anfitrionas pueden ocasionar el escape atmosférico.
El escenario
GJ 486 b es un exoplaneta terrestre descubierto en 2021, ideal tanto para espectroscopia de transmisión como de emisión, y para probar modelos interiores de planetas telúricos, ya que su masa es de 2,82 Tierras, aunque orbite a tan sólo 0,01734 UA equivalentes a 2.6 millones de km y con una excentricidad de 0.05, en un período de 1,5 días en torno a una estrella de tipo M o enana roja. Al rededor del 76% de las estrellas de la denominada “secuencia principal” en el vecindario solar, son estrellas de dicha clase espectral, en la cual se agrupan los astros que tienen una luminosidad muy baja y por lo tanto poco brillantes como para ser vistos a simple vista, salvo condiciones excepcionales. Como referentes, la secuencia principal es el estado en el cual las estrella, no solo consumen hidrógeno, sino que pasan cerca del 90% de su vida; allí, el Sol es una estrella de tipo-G de clase de luminosidad V y por lo tanto alta, y la Tierra orbita a 1 UA del Sol, equivalente a 150 millones de km.
El telescopio espacial Webb, esa máquina del tiempo que al sumergirse en las profundidades del espacio nos permite ahora mirar el universo de hace 13.000 millones de años, y por lo tanto en su estado temprano después del Big Bang, pudo lograr el trascendental hallazgo con su espectrógrafo de infrarrojo cercano de Webb (NIRSpec), porque con él también se han estado estudiando planetas alrededor de estrellas relativamente pequeñas conocidas como enanas rojas, que son mucho más frías que el Sol, aunque habrá que realizar observaciones adicionales con otros instrumentos del telescopio espacial que delimiten o resuelvan el origen de la señal de agua, máxime si este planeta se encuentra demasiado cerca de su estrella anfitriona, como para poder albergar agua líquida.
A diferencia de los planetas gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno, un planeta rocoso como este del cual nos ocupamos, es lo que conocemos como planeta terrestre o telúrico formado principalmente por silicatos tal cual ocurre con Mercurio, Venus, la Tierra y Marte, los que en todos los casos tienen similar la misma estructura: un núcleo metálico, mayoritariamente férreo, y un manto de silicatos que lo rodea. Los planetas terrestres, además de contar con un variado relieve superficial donde las geoformas incluyen valles, montañas, cañones, fallas, cráteres y volcanes, al contrario que los gigantes gaseosos dotados de atmósferas primarias heredadas del proceso de acreción en el que se forman, tienen atmósferas secundarias asociadas a procesos geológicos internos, como el vulcanismo, tal cual ocurrió en el caso de la Tierra, que tardó 1000 millones de años en esperar la formación de sus océanos, tras la precipitación del agua contenida en la atmósfera primitiva que era de origen volcánico, gracias a la liberación de fluidos que se fueron liberando del manto terrestre recién formado.
El hallazgo
La dificultad de este interesante hallazgo radica en que la estrella anfitriona, aunque sea una enana roja que es un tipo de estrella de las más comunes en el universo gracias a su larga longevidad y por lo tanto con mayor probabilidad de albergar exoplanetas rocosos, por ser activas especialmente en su larga juventud, podrían destruir las atmósferas planetarias en su entorno al liberar radiación electromagnética de alta energía, como lo son los rayos X y la radiación ultravioleta. Si así fuera, el vapor de agua detectado por el Webb, se asociaría a manchas estelares frías de la enana, dado que en esta clase de astros suelen darse unas regiones relativamente frías y oscuras que se ven en “superficies” de algunas estrellas que giran rápidamente.
Lo que ha desconcertado a los astrónomos con lo observado en GJ 486 b , es que se trata de un mundo que se encuentra demasiado cerca de su estrella anfitriona como para albergar agua líquida. No obstante, si el origen del agua en el universo, está en las estrellas, ya que el hidrógeno se creó en el Big Bang y el oxígeno es el resultado de procesos de nucleosíntesis estelar de estrellas masivas que puedan fusionar helio como mínimo, entonces está claro que en el caso del agua se trata de un compuesto abundante en la naturaleza, pero que no siempre estará en estado líquido. aunque hasta la fecha no se había detectado ninguna atmósfera alrededor de un exoplaneta rocoso, no es la primera vez que se detecta vapor de agua vapor de agua en exoplanetas.
En esta “súper tierra caliente” con órbita pequeña casi perfecta, aunque la temperatura de equilibrio de aproximadamente 430 °C, se corresponde aproximadamente a la temperatura de la superficie de Venus, se puede tener atmósfera. Ahora, de contar con un posible efecto invernadero que elevaría su temperatura, así una rotación limitada alrededor de la estrella Gliese 486, provocaría que dicha temperatura se distribuya de manera desigual en la superficie del planeta, por las altas temperaturas -así la aceleración gravitacional en la superficie por ser un 70% mayor que en la Tierra contrarrestaría la pérdida de la atmósfera-, dado el balance desfavorable de esta hipótesis, GJ 486 b perdería con el tiempo una gran parte o incluso toda la atmósfera original.
Implicaciones
La actual espectroscopia de exoplanetas que está en curso, gracias a la combinación de la velocidad radial (RV) y los datos de tránsito al proporcionar información adicional sobre las propiedades físicas de los exoplanetas, permite conocer sus propiedades atmosféricas y habitabilidad tal cual se podría saber más adelante, conforme avancen las investigaciones en el planeta GJ 486 b de la enana roja cercana Gliese 486. Donde las medidas de masa y radio planetarios, solo comporta una incertidumbre del 5 %, según lo determinado a partir de datos de RV y luz fotométrica. La estrella anfitriona observable desde ambos hemisferios de la Tierra, gracias a sus propiedades, como al corto período orbital del planeta y la alta temperatura de equilibrio, hace de este planeta terrestre un objetivo adecuado para la espectroscopia de emisión y tránsito, una técnica observacional orientada a obtener composición espectral de la luz característica de un astro.
Gracias a que el telescopio espacial James Webb con su espejo de 6,6 metros de diámetro, formado por dieciocho segmentos hexagonales, además de operar en el espectro visible de la luz, está optimizado para el infrarrojo cercano y el infrarrojo medio, los astrofísicos venla oportunidad a de aplicar su enorme capacidad, para escudriñar zonas de habitabilidad estelar, entendidas como las regiones de un planeta o satélite rocoso, donde se pueda dar un flujo de radiación incidente favorable para la presencia de agua en estado líquido sobre su superficie, en ciertas condiciones que lo facilitan, como una gravedad asociada a una masa comprendida entre ½ y 10 masas terrestres, y una presión atmosférica superior a 6,1 mbar, correspondiente al punto triple del agua a una temperatura de 273,16 K equivalentes a 0.01 °C.
*Profesor de la UN. E Colombia Sede Manizales. Portada: concepto artístico del exoplaneta rocoso GJ 486 b; créditos: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI).
godues 