El telescopio James Webb halló indicios
de vapor de agua en exoplaneta
Temperaturas extremas, intensa radiación ultravioleta y rayos X. Descubrir
si hay agua y, por ende, atmósfera en esas condiciones sería un gran avance para la ciencia de los
exoplanetas.
Por: Gonzalo Duque-Escobar*
Portada: concepto artístico del exoplaneta rocoso GJ 486 b;
créditos: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI).
Radiación, agua y atmósfera: un
delicado equilibrio…
Hay vida en la Tierra
gracias a la energía de nuestra estrella —el Sol—, al agua y a nuestra
atmósfera, entre muchos otros factores. Por esto sería importante descubrir alguna
de estas tres condiciones en otros planetas. Podemos buscarlas en el Sistema Solar;
pero también fuera de él: en los exoplanetas.
Según datos del telescopio
James Webb, habría vapor de agua en el exoplaneta rocoso GJ 486 b. Esto significaría una de dos cosas:
·
GJ 486 b tiene
una atmósfera suficientemente estable como para que el vapor de agua no se
disperse en el vacío;
·
que el
vapor viene de las “manchas frías” de su estrella anfitriona —la enana roja Gliese 486—.
Aún faltan investigaciones
complementarias para resolver este dilema.
…muy difícil de encontrar
La Tierra está a aproximadamente 250 billones de kilómetros de GJ 486 b. Por brevedad,
los astrónomos lo miden como 26,3 años luz (el tiempo que la
luz se demoraría en recorrer esa distancia) o 8,1 parsecs (‘paralaje de un
segundo de arco’, una unidad de medida más compleja que se explica aquí).
Según la Nasa, GJ 486 b está demasiado cerca de su estrella
para ser habitable; por ejemplo, su atmósfera está a 430 ℃ (la misma temperatura de la superficie de
Venus).
Por esto, si el vapor
de agua es de su atmósfera, se probaría que puede haber agua aún en estas desafiantes condiciones físicas: temperaturas extremas,
radiación intensa y campos magnéticos fuertes. Sería un gran avance para la ciencia de los exoplanetas aclarar si puede
haber una atmósfera estable en un entorno tan hostil.
La peligrosa “zona habitable” de las
enanas rojas
Gliese 486 —el “sol” de
este planeta— es una enana roja. Este tipo de estrella es de las más comunes en
el universo, gracias a su longevidad. Por lo tanto, las enanas rojas tienen mayor
probabilidad de albergar exoplanetas rocosos.
“Las estrellas enanas rojas son frías, por lo
que un planeta tiene que estar en una órbita cercana para alcanzar la
temperatura suficiente para tener agua líquida (lo que significa que está en la
zona habitable). Estas estrellas también son activas, especialmente cuando son
jóvenes: liberan radiación ultravioleta y rayos X que podrían destruir las
atmósferas planetarias” [traducción y adaptación nuestra de este artículo
de la Nasa].
En este caso, aún se
desconoce si una atmósfera puede persistir en estos entornos de radiación
ultravioleta extrema altamente variables. Por esta razón, el desafío es detectar
si hay atmósferas en los mundos rocosos más favorables que orbitan esta clase
de estrellas.
Espectroscopia: la huella luminosa de
la materia
No podemos tomar
muestras de estrellas o planetas lejanos; pero podemos descubrir de qué están
hechos analizando la luz que emiten, mediante la espectroscopia.
Los exoplanetas
rocosos que orbitan enanas rojas son prometedores para este tipo de
investigaciones, aunque su composición atmosférica siga siendo una pregunta
abierta. Podemos investigarlos gracias a los instrumentos de última generación
o de un futuro cercano, a pesar de las dificultades de un medio donde el alto
flujo de rayos X y la radiación ultravioleta de las enanas rojas pueden
ocasionar el escape atmosférico.
El escenario: un planeta rocoso (como
el nuestro)
GJ 486 b se descubrió
en 2021. A diferencia de los planetas gigantes gaseosos —como Júpiter y Saturno—,
este planeta rocoso es un planeta terrestre o telúrico: formado principalmente
por silicatos.
Así ocurre con
Mercurio, Venus, la Tierra y Marte; en todos los casos tienen la misma
estructura: un núcleo metálico, mayoritariamente férreo, y un manto de
silicatos que lo rodea.
Los planetas
terrestres tienen un variado relieve superficial: las geoformas incluyen
valles, montañas, cañones, fallas, cráteres y volcanes.
Los planetas gigantes
gaseosos tienen atmósferas primarias. Esto significa que las heredaron de
los gases que, atraídos por la gravedad, los formaron como planetas. Los
planetas terrestres tienen atmósferas secundarias, que surgieron de procesos
geológicos internos, como el vulcanismo.
Esto último ocurrió en
el caso de la Tierra: su atmósfera es de origen volcánico; está hecha de fluidos
liberados manto terrestre recién formado. Por ejemplo, nuestro planeta tardó
1000 millones de años en formar sus océanos, tras la precipitación del agua
contenida en su atmósfera primitiva.
Por esto, el planeta GJ
486 b es ideal tanto para espectroscopia de transmisión (que analiza la luz de
la estrella transmitida a través de la atmósfera del planeta) como de emisión
(la luz directa de la estrella), y para probar modelos interiores de planetas
telúricos.
Estos son algunos
datos adicionales sobre este planeta:
- · su masa es de 2,82 tierras;
- · orbita a tan solo 2,6 millones de km o 0,01734 unidades astronómicas (medida equivalente a la distancia promedio entre la Tierra y el Sol): la centésima parte de la distancia entre la Tierra y el Sol, aproximadamente;
- · su excentricidad es de 0,05;
- · su rotación dura 1,5 días en torno a una estrella de tipo M o enana roja.
Hay muchas enanas rojas, pero no es
fácil estudiarlas
La secuencia principal es el estado en el que las estrellas consumen
hidrógeno; en este que es el primer estado de cualquier estrella, pasan cerca del 90 % de su vida en ese proceso.
En el vecindario
solar, alrededor del 76 % de las
estrellas de secuencia principal son enanas rojas. Tienen una luminosidad muy
baja y, por lo tanto, no son suficientemente brillantes como para verse a
simple vista, salvo condiciones excepcionales.
El telescopio espacial
Webb —esa máquina del tiempo que, al sumergirse en las profundidades del espacio,
nos permite mirar ahora el universo de hace 13.000 millones de años y, por lo
tanto, en su estado temprano, después del Big Bang— halló esta información trascendental
con su espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec).
Con este instrumento
también se han estudiado planetas alrededor de estrellas relativamente pequeñas
conocidas como enanas rojas, que son mucho más frías que el Sol.
Aún faltan más observaciones
con otros instrumentos del telescopio espacial James Webb para aclarar el
origen del vapor de agua, sobre todo si este planeta se encuentra demasiado
cerca de su estrella anfitriona como para albergar agua líquida.
El hallazgo
La dificultad de este
interesante hallazgo radica en que su estrella anfitriona libera radiación
electromagnética de alta energía, como los rayos X o la radiación ultravioleta.
Como ya se mencionó, podría destruir las atmósferas planetarias en su entorno.
Si así fuera, el vapor
de agua detectado por el Webb vendría de su estrella: de las manchas estelares
frías de la enana roja, dado que en esta clase de astros suelen darse unas
regiones relativamente frías y oscuras, que se ven en las “superficies” de
algunas estrellas que giran rápidamente.
Lo que ha
desconcertado a los astrónomos es que GJ 486 b está demasiado cerca
de su estrella anfitriona como para albergar agua líquida.
El origen estelar del agua
El origen del agua en
el universo está en las estrellas:
·
el
hidrógeno se creó en el Big Bang;
·
el oxígeno
es el resultado de procesos de nucleosíntesis en estrellas masivas que, como
mínimo, puedan fusionar helio.
Entonces está claro
que el agua es un compuesto abundante en la naturaleza, pero que no siempre
estará en estado líquido.
Hay agua en condiciones extremas
El blog Enséñame de
Ciencia aclara: “No es la primera vez
que se detecta vapor de agua en exoplanetas, aunque han sido gaseosos. Bajo
estas circunstancias, hasta la fecha no se había detectado ninguna atmósfera
alrededor de un exoplaneta rocoso”.
Entonces,
puede haber atmósfera en esta “supertierra caliente” y con una órbita pequeña
casi perfecta, aunque la temperatura de equilibrio sea de aproximadamente 430 °C
—la temperatura de la superficie de Venus—.
Pero un posible efecto
invernadero elevaría su temperatura; también, una rotación limitada alrededor
de la estrella Gliese 486 podría distribuir desigualmente la temperatura en la
superficie del planeta. En este caso, las altas temperaturas traerían un balance
desfavorable: GJ 486 b perdería una gran parte o, incluso, toda su atmósfera
original, aunque la aceleración gravitacional de este planeta 70 % más grande que la Tierra contrarreste la
pérdida de la atmósfera.
Implicaciones
El telescopio espacial
James Webb tiene un 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. Gracias a esta
enorme capacidad, los astrofísicos ven la oportunidad de escudriñar zonas
de habitabilidad estelar, que serían las regiones de un planeta o satélite
rocoso donde se cumplen las condiciones para que haya agua en estado líquido en
la superficie:
·
que llegue
la radiación precisa, ni más ni menos;
·
que tenga una
masa comprendida entre ½ y 10 masas terrestres, con su respectiva atracción
gravitacional;
·
que tenga una
presión atmosférica superior a 6,1 mbar, la presión en la que el punto triple del agua (cuando coexisten hielo, agua líquida y vapor)
está a 0,01 ℃.
*Ingeniero Civil de la Universidad Nacional, con especializaciones de la
misma universidad en Geotecnia, en Geofísica Aplicada y en Economía Avanzada. Profesor de la Universidad Nacional de Colombia,
sede Manizales.
Etiquetas: telescopio James Webb, exoplanetas, atmósfera, enanas
rojas, agua, Gonzalo Duque-Escobar
Fuentes bibliográficas y de consulta
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DW.com- Ciencia 31.03.2023
El primer año del telescopio espacial James Webb en el
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El telescopio que verá el amanecer cósmico. Gonzalo Duque Escobar (2021); Observatorio Astronómico de Manizales
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El telescopio James Webb obtiene la fotografía más
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Recopilación de documentos digitales propios y de terceros.
Guía astronómica. Duque Escobar, Gonzalo (2003. Act. 2020) Texto de soporte para el Curso
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Isaac Newton: de Grecia al Renacimiento. Duque Escobar, Gonzalo (2020) Documento de trabajo.
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La astronomía en Colombia: perfil histórico. Por: Duque Escobar, Gonzalo (2009), U.N. de Colombia, Manizales.
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Webb captura la espectacular fusión galáctica Arp 220. Laura Betz, de NASA y Christine Pulliam del STSCI. 2023.
Webb, el telescopio capaz de descifrar grandes misterios. Por: Gonzalo Duque-Escobar (2022); OAM de la U.N. In: Razón Pública. 24 de abril de 2023.
Webb revela la precuela del universo temprano del enorme
cúmulo de galaxias. Laura Betz de NASA y Christine
Pullia del STSCI. 2023.
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ENLACES del OAM- U.N. de Colombia.
