Un estudio reveló que los planetas tienen más agua de lo que se creía
Investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich en Suiza y la Universidad de Princeton, Estados Unidos, utilizaron cálculos de modelos basados en leyes fundamentales de la física para analizar la distribución del agua entre los silicatos y el núcleo sólido de hierro en exoplanetas.
En relación con esto, el planeta Tierra posee un núcleo de hierro rodeado por un manto de roca madre de silicato y agua en su superficie (océanos). Hasta hoy, la ciencia uso este modelo simple de planeta para investigar los exoplanetas, que orbitan alrededor de otra estrella fuera de nuestro sistema solar. Sin embargo, “durante los últimos años empezamos a darnos cuenta de que los planetas son más complejos de lo que pensábamos”, afirmó Caroline Dorn, autora principal del estudio y catedrática de Exoplanetas en Zúrich.
La mayoría de los exoplanetas conocidos se encuentran cerca de sus estrellas, lo que implica que son mundos calientes con superficies cubiertas de océanos de magma fundido que aún no se enfriaron para formar un manto sólido rocoso de silicatos, como ocurre en la Tierra. Estos océanos de magma diluyen bien el agua a diferencia del dióxido de carbono, que se desgasta rápidamente y se eleva a la atmósfera. Este nuevo estudio, publicado en la revista Nature Astronomy, examina la distribución del agua disuelta entre los silicatos y el sólido núcleo de hierro.
Qué propone este nuevo hallazgo
El proceso de formación del núcleo ferroso es lento, puesto que “una gran parte del hierro que formará el núcleo del exoplaneta está inicialmente contenida en el magma caliente en forma de gotitas”, señaló la investigadora. Esto teniendo en cuenta que el agua secuestrada en este océano se combina con estas gotitas de hierro y se hunde con ellas hasta el núcleo. “Las gotitas de hierro se comportan como un ascensor que baja el agua hacia el núcleo”, explicó Dorn.
Hasta ahora, solo se sabía que este comportamiento se producía a presiones moderadas, como las que existen en la Tierra, pero no se sabía si ocurría en el caso de planetas más grandes con condiciones interiores de mayor presión. “Este es uno de los resultados clave de nuestro estudio”, aseguró la científica, además de que indicó: “Cuánto más grande es el planeta y mayor es su masa, más tiende el agua a irse con las gotitas de hierro e integrarse en el núcleo. En determinadas circunstancias, el hierro puede absorber hasta 70 veces más agua que los silicatos”.
“La cantidad de agua almacenada en el núcleo permanecerá allí durante toda la vida de un planeta, mientras que el agua del manto puede desgasificarse durante el enfriamiento del océano magmático (con el que un planeta iniciará su evolución)”, explicó a SINC la investigadora. “Además, debido a la inmensa presión en el núcleo, el agua no se presenta en forma de moléculas de H₂O, sino como hidrógeno y oxígeno ligados a metales. En cambio, el agua acumulada en el manto mantiene su forma molecular como H₂O, con enlaces de valencia”, agregó.
Este estudio tuvo su origen en las investigaciones sobre el contenido de agua de la Tierra, que hace cuatro años arrojaron un resultado sorprendente: los océanos de la superficie terrestre solo contienen una pequeña fracción del agua total de nuestro planeta. Resulta que más del 80 % del contenido de agua de la Tierra podría estar oculto en su interior. Así lo demuestran simulaciones que calculan cómo se comporta el agua en condiciones como las que prevalecían cuando la Tierra era joven. Estos resultados coinciden, además, con las mediciones sismológicas.
Una gran cantidad de agua de la Tierra podría estar “oculta” en el interior, según la experta
“Los datos sismológicos muestran un déficit de densidad y un exceso en la velocidad sísmica para el núcleo de la Tierra, lo que concuerda con tener O y H en aleaciones ligeras en el núcleo”, señaló Dorn, al respecto. De todas formas, el nuevo hallazgo sobre la distribución del agua en los planetas tiene consecuencias dramáticas para la interpretación de los datos de las observaciones astronómicas. Con sus telescopios en el espacio y en la Tierra, los astrónomos pueden medir, en determinadas condiciones, el peso y el tamaño de un exoplaneta. Con estos cálculos elaboran diagramas masa-radio que permiten sacar conclusiones sobre la composición del planeta.
Ahora bien, estas observaciones son incapaces de verificar si el agua está ligada en profundidad o en la superficie de los planetas. Al ignorar la solubilidad y la distribución del agua, su volumen puede subestimarse drásticamente hasta diez veces. “Los planetas son mucho más ricos en agua de lo que se creía”, sostuvo Dorn y explicó: “Para examinar la composición del interior de un exoplaneta son necesarios experimentos de laboratorio y cálculos de los primeros principios de la física. Solo modelos precisos desarrollados a partir de estos conocimientos de la física mineral nos darán predicciones exactas sobre el subsuelo de los exoplanetas”.
La importancia de este descubrimiento
La distribución del agua es también importante si se quiere entender cómo se forman y desarrollan los planetas. “Si encontramos agua en la atmósfera de un planeta, probablemente haya mucha más en su interior”, detalló la científica. Esto es lo que pretende descubrir el telescopio espacial James Webb, que desde hace dos años envía datos desde el espacio a la Tierra y es capaz de rastrear las moléculas de la atmósfera de los exoplanetas.
Asimismo, los nuevos datos del exoplaneta llamado TOI-270d son especialmente interesantes. “Allí se recolectaron pruebas de la existencia real de tales interacciones entre el océano de magma de su interior y la atmósfera”, afirmó la investigadora, que participó en la publicación del descubrimiento de este cuerpo celeste. “Queremos determinar qué implican las mediciones de espectroscopia con el telescopio espacial James Webb (JWST) para vincular la señal atmosférica con el interior profundo”, añadió.
En ese sentido, la experta está también interesada en explorar el exoplaneta K2-18b, que recientemente atrajo la atención por la alta probabilidad de que pueda albergar vida. Es importante saber que el agua es una de las condiciones previas para el desarrollo de la vida. Durante mucho tiempo se especuló sobre la posible habitabilidad de Supertierras con abundancia de agua, es decir, planetas con una masa varias veces superior a la de la Tierra y con una superficie cubierta por un océano profundo y global.
Los cálculos sugirieron entonces qué demasiada agua podría ser hostil para la vida. Sobre esto, el argumento era que en estos mundos de agua una capa de hielo exótico a alta presión impediría el intercambio de sustancias vitales en la interfaz entre el océano y el manto del planeta.
De todas formas, el nuevo estudio llega ahora a una conclusión diferente: es probable que los planetas con capas de agua profundas sean una rareza, ya que la mayor parte del agua de las Supertierras no se encuentra en la superficie, como se suponía hasta ahora, sino atrapada en el núcleo. Este hallazgo lleva a los científicos a suponer que incluso los planetas con un contenido de agua relativamente alto podrían tener el potencial de desarrollar condiciones de habitabilidad similares a las de la Tierra.
Investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich en Suiza y la Universidad de Princeton, Estados Unidos, utilizaron cálculos de modelos basados en leyes fundamentales de la física para analizar la distribución del agua entre los silicatos y el núcleo sólido de hierro en exoplanetas.
En relación con esto, el planeta Tierra posee un núcleo de hierro rodeado por un manto de roca madre de silicato y agua en su superficie (océanos). Hasta hoy, la ciencia uso este modelo simple de planeta para investigar los exoplanetas, que orbitan alrededor de otra estrella fuera de nuestro sistema solar. Sin embargo, “durante los últimos años empezamos a darnos cuenta de que los planetas son más complejos de lo que pensábamos”, afirmó Caroline Dorn, autora principal del estudio y catedrática de Exoplanetas en Zúrich.
La mayoría de los exoplanetas conocidos se encuentran cerca de sus estrellas, lo que implica que son mundos calientes con superficies cubiertas de océanos de magma fundido que aún no se enfriaron para formar un manto sólido rocoso de silicatos, como ocurre en la Tierra. Estos océanos de magma diluyen bien el agua a diferencia del dióxido de carbono, que se desgasta rápidamente y se eleva a la atmósfera. Este nuevo estudio, publicado en la revista Nature Astronomy, examina la distribución del agua disuelta entre los silicatos y el sólido núcleo de hierro.
Qué propone este nuevo hallazgo
El proceso de formación del núcleo ferroso es lento, puesto que “una gran parte del hierro que formará el núcleo del exoplaneta está inicialmente contenida en el magma caliente en forma de gotitas”, señaló la investigadora. Esto teniendo en cuenta que el agua secuestrada en este océano se combina con estas gotitas de hierro y se hunde con ellas hasta el núcleo. “Las gotitas de hierro se comportan como un ascensor que baja el agua hacia el núcleo”, explicó Dorn.
Hasta ahora, solo se sabía que este comportamiento se producía a presiones moderadas, como las que existen en la Tierra, pero no se sabía si ocurría en el caso de planetas más grandes con condiciones interiores de mayor presión. “Este es uno de los resultados clave de nuestro estudio”, aseguró la científica, además de que indicó: “Cuánto más grande es el planeta y mayor es su masa, más tiende el agua a irse con las gotitas de hierro e integrarse en el núcleo. En determinadas circunstancias, el hierro puede absorber hasta 70 veces más agua que los silicatos”.
“La cantidad de agua almacenada en el núcleo permanecerá allí durante toda la vida de un planeta, mientras que el agua del manto puede desgasificarse durante el enfriamiento del océano magmático (con el que un planeta iniciará su evolución)”, explicó a SINC la investigadora. “Además, debido a la inmensa presión en el núcleo, el agua no se presenta en forma de moléculas de H₂O, sino como hidrógeno y oxígeno ligados a metales. En cambio, el agua acumulada en el manto mantiene su forma molecular como H₂O, con enlaces de valencia”, agregó.
Este estudio tuvo su origen en las investigaciones sobre el contenido de agua de la Tierra, que hace cuatro años arrojaron un resultado sorprendente: los océanos de la superficie terrestre solo contienen una pequeña fracción del agua total de nuestro planeta. Resulta que más del 80 % del contenido de agua de la Tierra podría estar oculto en su interior. Así lo demuestran simulaciones que calculan cómo se comporta el agua en condiciones como las que prevalecían cuando la Tierra era joven. Estos resultados coinciden, además, con las mediciones sismológicas.
Una gran cantidad de agua de la Tierra podría estar “oculta” en el interior, según la experta
“Los datos sismológicos muestran un déficit de densidad y un exceso en la velocidad sísmica para el núcleo de la Tierra, lo que concuerda con tener O y H en aleaciones ligeras en el núcleo”, señaló Dorn, al respecto. De todas formas, el nuevo hallazgo sobre la distribución del agua en los planetas tiene consecuencias dramáticas para la interpretación de los datos de las observaciones astronómicas. Con sus telescopios en el espacio y en la Tierra, los astrónomos pueden medir, en determinadas condiciones, el peso y el tamaño de un exoplaneta. Con estos cálculos elaboran diagramas masa-radio que permiten sacar conclusiones sobre la composición del planeta.
Ahora bien, estas observaciones son incapaces de verificar si el agua está ligada en profundidad o en la superficie de los planetas. Al ignorar la solubilidad y la distribución del agua, su volumen puede subestimarse drásticamente hasta diez veces. “Los planetas son mucho más ricos en agua de lo que se creía”, sostuvo Dorn y explicó: “Para examinar la composición del interior de un exoplaneta son necesarios experimentos de laboratorio y cálculos de los primeros principios de la física. Solo modelos precisos desarrollados a partir de estos conocimientos de la física mineral nos darán predicciones exactas sobre el subsuelo de los exoplanetas”.
La importancia de este descubrimiento
La distribución del agua es también importante si se quiere entender cómo se forman y desarrollan los planetas. “Si encontramos agua en la atmósfera de un planeta, probablemente haya mucha más en su interior”, detalló la científica. Esto es lo que pretende descubrir el telescopio espacial James Webb, que desde hace dos años envía datos desde el espacio a la Tierra y es capaz de rastrear las moléculas de la atmósfera de los exoplanetas.
Asimismo, los nuevos datos del exoplaneta llamado TOI-270d son especialmente interesantes. “Allí se recolectaron pruebas de la existencia real de tales interacciones entre el océano de magma de su interior y la atmósfera”, afirmó la investigadora, que participó en la publicación del descubrimiento de este cuerpo celeste. “Queremos determinar qué implican las mediciones de espectroscopia con el telescopio espacial James Webb (JWST) para vincular la señal atmosférica con el interior profundo”, añadió.
En ese sentido, la experta está también interesada en explorar el exoplaneta K2-18b, que recientemente atrajo la atención por la alta probabilidad de que pueda albergar vida. Es importante saber que el agua es una de las condiciones previas para el desarrollo de la vida. Durante mucho tiempo se especuló sobre la posible habitabilidad de Supertierras con abundancia de agua, es decir, planetas con una masa varias veces superior a la de la Tierra y con una superficie cubierta por un océano profundo y global.
Los cálculos sugirieron entonces qué demasiada agua podría ser hostil para la vida. Sobre esto, el argumento era que en estos mundos de agua una capa de hielo exótico a alta presión impediría el intercambio de sustancias vitales en la interfaz entre el océano y el manto del planeta.
De todas formas, el nuevo estudio llega ahora a una conclusión diferente: es probable que los planetas con capas de agua profundas sean una rareza, ya que la mayor parte del agua de las Supertierras no se encuentra en la superficie, como se suponía hasta ahora, sino atrapada en el núcleo. Este hallazgo lleva a los científicos a suponer que incluso los planetas con un contenido de agua relativamente alto podrían tener el potencial de desarrollar condiciones de habitabilidad similares a las de la Tierra.
Este descubrimiento modifica las estimaciones sobre este líquido esencial y ajusta las predicciones sobre la habitabilidad de varios cuerpos celestes; de qué se trata LA NACION
