El tipo de planeta más común en la Vía Láctea podría estar ocultando un secreto bajo sus brumosas capas exteriores.
Los sub-Neptuno, mundos ligeramente más pequeños que Neptuno pero sin una superficie sólida en el sentido familiar, representan aproximadamente 3.300 de los más de 6.300 exoplanetas confirmados. Sin embargo, siguen siendo algunos de los cuerpos planetarios menos comprendidos de la galaxia. Nuestro propio sistema solar no tiene un análogo que sirva de referencia, y sus gruesas y nubladas atmósferas frustran incluso a los telescopios más potentes.
Un nuevo estudio liderado por investigadores de la Universidad de Chicago sugiere que el problema podría ser más fundamental de lo que se apreciaba anteriormente: el agua que los científicos saben que debería existir en estos mundos podría ser simplemente invisible para las técnicas de observación actuales.
El equipo se centró en TOI-270 d, un sub-Neptuno descubierto en 2019 a unos 73 años luz de distancia en la constelación Pictor. El planeta tiene aproximadamente el doble del radio terrestre y unas 4,2 veces la masa de la Tierra, completando una órbita alrededor de su estrella enana roja cada 11,4 días. TOI-270 d y sus dos planetas hermanos orbitan todos dentro del borde interior de la zona habitable de la estrella.
Observaciones anteriores del Telescopio Espacial James Webb detectaron dióxido de carbono, metano e hidrógeno molecular en la atmósfera del planeta. La combinación de esos gases normalmente indica la presencia de agua, pero los instrumentos de Webb no pudieron determinar su estado ni su cantidad. Se desconocía si el agua existía como vapor, líquido o hielo de alta presión, y si se mezclaba libremente con hidrógeno o permanecía separada.
El equipo de investigación, liderado por la investigadora posdoctoral Caroline Piaulet-Ghorayeb, construyó modelos computacionales que simularon tanto la química atmosférica como la estructura interior de TOI-270 d simultáneamente. Las simulaciones revelaron que la temperatura en la superficie del planeta, aproximadamente 537 grados Celsius (1.000 grados Fahrenheit), y la proporción de agua e hidrógeno en la composición general del planeta determinan conjuntamente cómo se comportan las dos sustancias.
En el caso de TOI-270 d, el modelo mostró que el agua es más abundante que el hidrógeno en la composición total del planeta. A las temperaturas simuladas, ese exceso de agua probablemente se condensa y se hunde debajo de la atmósfera superior rica en hidrógeno. La capa de hidrógeno actúa entonces como una barrera protectora, impidiendo que cualquier señal electromagnética del agua más profunda llegue a los telescopios en el espacio. Incluso Webb, con su sensibilidad infrarroja diseñada para sondear atmósferas de exoplanetas durante los tránsitos, solo vería el hidrógeno y los gases traza superiores.
El hallazgo desafía una suposición de larga data de que los interiores de los sub-Neptuno están bien mezclados, con agua e hidrógeno distribuidos uniformemente en toda la atmósfera y debajo de ella. El estudio propone en cambio que muchos de estos mundos tienen una estructura interior separada, con capas distintas que no intercambian material fácilmente.
Si los resultados se mantienen para la población más amplia, significaría que las estimaciones actuales del contenido de agua en los sub-Neptuno podrían ser sistemáticamente bajas. Las implicaciones se extienden más allá de la ciencia planetaria: el agua es central en la búsqueda de entornos habitables más allá de la Tierra, y comprender cuánta agua existe en el tipo de planeta más común de la galaxia afecta los modelos de formación planetaria y la distribución potencial de la vida.
Los autores señalan que los telescopios futuros serán esenciales para probar la hipótesis de los interiores en capas. El Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA, programado para su lanzamiento el 30 de agosto de 2026, lleva un coronógrafo diseñado para obtener imágenes directas de exoplanetas, lo que podría revelar detalles sobre la distribución de los componentes atmosféricos. En tierra, el Telescopio Extremadamente Grande del Observatorio Europeo Austral, en construcción en el Desierto de Atacama en Chile, se espera que comience operaciones científicas alrededor de diciembre de 2030 con la capacidad de estudiar atmósferas de exoplanetas a una resolución más alta que los observatorios actuales.
Imágenes:
- Ilustración artística del exoplaneta sub-Neptuno TOI-270 d (NASA)
- Exoplaneta sub-Neptuno K2-18b con océano global bajo atmósfera de hidrógeno (ESA/Hubble/M. Kornmesser)
Traducido por Alessandra