El agua en los exoplanetas es común pero escasa: Se presenta el estudio más extenso sobre atmósfera exoplanetarias

Gigante gaseoso. -Amanda Smith.-

Se presenta el estudio más extenso de las composiciones químicas atmosféricas de exoplanetas hasta la fecha, revelando tendencias que desafían las teorías actuales sobre la formación de planetas y con implicaciones para la búsqueda de agua en el sistema solar y más allá.

Un equipo de investigadores, dirigido por la Universidad de Cambridge, utilizó datos atmosféricos de 19 exoplanetas para obtener mediciones detalladas de sus propiedades químicas y térmicas. Los exoplanetas en el estudio abarcan un amplio rango de tamaño, desde 'mini-Neptunes' de casi 10 masas terrestres hasta 'superjupiter' de más de 600 masas terrestres, y temperatura, desde casi 20 °C hasta más de 2.000 °C. Al igual que los planetas gigantes de nuestro sistema solar, sus atmósferas son ricas en hidrógeno, pero orbitan diferentes tipos de estrellas.

Los investigadores encontraron que si bien el vapor de agua es común en las atmósferas de muchos exoplanetas, las cantidades fueron sorprendentemente más bajas de lo esperado, mientras que las cantidades de otros elementos encontrados en algunos planetas fueron consistentes con las expectativas. Los resultados, que forman parte de un programa de investigación de cinco años sobre las composiciones químicas de las atmósferas planetarias fuera de nuestro sistema solar, se informan en The Astrophysical Journal Letters .

"Estamos viendo los primeros signos de patrones químicos en mundos más allá del Sistema Solar, y descubrimos cuán diversos pueden ser en términos de sus composiciones químicas", dijo el líder del proyecto, Dr. Nikku Madhusudhan, del Instituto de Astronomía de Cambridge, quien midió por primera vez la abundancia baja de vapor de agua en exoplanetas gigantes hace cinco años.

En nuestro Sistema Solar, la cantidad de carbono en relación con el hidrógeno en las atmósferas de los planetas gigantes es significativamente mayor que la del sol. Se cree que esta abundancia 'super-solar' se originó cuando se formaron los planetas, y grandes cantidades de hielo, rocas y otras partículas fueron traídas al planeta en un proceso llamado acreción.

Se ha predicho que la abundancia de otros elementos será igualmente alta en las atmósferas de los exoplanetas gigantes, especialmente el oxígeno, que es el elemento más abundante en el universo después del hidrógeno y el helio. Esto significa que también se espera que el agua, un vehículo dominante de oxígeno, sea demasiado abundante en tales atmósferas.

Los investigadores utilizaron extensos datos espectroscópicos de telescopios espaciales y terrestres, incluido el telescopio espacial Hubble, el telescopio espacial Spitzer, el telescopio muy grande en Chile y el Gran Telescopio Canarias en España. El rango de observaciones disponibles, junto con modelos computacionales detallados, métodos estadísticos y propiedades atómicas de sodio y potasio, permitió a los investigadores obtener estimaciones de las abundancias químicas en las atmósferas de exoplanetas a través de la muestra.

El equipo reportó la abundancia de vapor de agua en 14 de los 19 planetas, y la abundancia de sodio y potasio en seis planetas cada uno. Sus resultados sugieren un agotamiento de oxígeno en relación con otros elementos y proporcionan pistas químicas sobre cómo estos exoplanetas pueden haberse formado sin una acumulación sustancial de hielo.

"Es increíble ver una abundancia de agua tan baja en las atmósferas de una amplia gama de planetas que orbitan una variedad de estrellas", dijo Madhusudhan.

"Medir la abundancia de estos productos químicos en atmósferas exoplanetarias es algo extraordinario, teniendo en cuenta que todavía no hemos podido hacer lo mismo con los planetas gigantes de nuestro sistema solar, incluido Júpiter, nuestro vecino gigante de gas más cercano", dijo Luis Welbanks, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en el Instituto de Astronomía.
Varios esfuerzos para medir el agua en la atmósfera de Júpiter, incluida la actual misión Juno de la NASA, han resultado ser un desafío. "Dado que Júpiter está tan frío, cualquier vapor de agua en su atmósfera se condensará, lo que dificulta su medición", dijo Welbanks. "Si se descubriera que la cantidad de agua en Júpiter es grande, como se predijo, implicaría que se formó de una manera diferente a los exoplanetas que observamos en el estudio actual".

"Esperamos aumentar el tamaño de la muestra de exoplanetas en futuros estudios", dijo Madhusudhan. "Inevitablemente, esperamos encontrar valores atípicos para las tendencias actuales, así como las mediciones de otros productos químicos".

Estos resultados muestran que ya no se puede suponer que diferentes elementos químicos son igualmente abundantes en atmósferas planetarias, lo que desafía los supuestos en varios modelos teóricos.

"Dado que el agua es un ingrediente clave para nuestra noción de habitabilidad en la Tierra, es importante saber cuánta agua se puede encontrar en sistemas planetarios más allá del nuestro", dijo Madhusudhan.

- Fuente: Universidad de Cambridge