Hasta el 95% del agua de un exoplaneta podría quedar atrapada para siempre en las profundidades de su núcleo de hierro, transformando lo que creíamos saber sobre los mundos acuáticos y potencialmente volviéndolos aún más habitables de lo que pensábamos.
«Planetas «Son mucho más abundantes en agua de lo que se suponía anteriormente», dijo Caroline Dorn, profesora de exoplanetas en la ETH de Zúrich, en Suiza, en un declaración.
Cuando Los planetas nacen Al acumular escombros y soportar colisiones con otros protoplanetas, se calientan tanto que toda su superficie queda cubierta por un océano de roca fundida. Este magma se enfría con el tiempo y forma un manto rico en silicatos y una corteza sólida que recubre un núcleo profundo de hierro fundido que se va formando con el tiempo a medida que los materiales más pesados se hunden en el centro del planeta.
Entre los materiales que forman los planetas se encuentra el agua, y en los primeros días de un planeta, el agua está presente y disuelta en el océano de magma. Investigaciones anteriores han descubierto que los planetas jóvenes de un tamaño similar Tamaño y masa de la Tierra —y por lo tanto con presiones y temperaturas internas relativamente moderadas— son capaces de atraer el agua disuelta en el magma hacia su núcleo. De hecho, un estudio descubrió que Tierra contiene Al menos docenas de veces más agua en su interior que en la superficie, en la forma de nuestros océanos familiares.
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«Una gran parte del hierro se encuentra inicialmente en forma de gotitas en la sopa de magma caliente», explica Dorn. El agua del magma puede combinarse con estas gotitas de hierro a medida que se hunden hacia el núcleo. «Las gotitas de hierro se comportan como una balsa que es arrastrada hacia abajo por el agua».
Esto está bien para planetas del tamaño de la Tierra, pero muchos de los exoplanetas rocosos que están descubriendo los astrónomos son mucho más grandes que la Tierra. Estos llamados supertierras pueden tener masas hasta 10 veces la de nuestro planeta, pero no estaba claro si estos mundos, con sus condiciones internas más extremas, podrían extraer agua del océano de magma como ocurrió en la Tierra.
Utilizando modelos informáticos para entender cómo interactúa el agua con la superficie de magma fundido de un planeta rocoso joven y caliente, Dorn, junto con los investigadores Haiyang Luo y Jie Deng de la Universidad de Princeton, ha respondido ahora esa pregunta, descubriendo que, incluso en las súper-Tierras, gran parte del agua de un planeta puede terminar en su interior.
«Cuanto mayor es el tamaño y la masa del planeta, más tiende el agua a irse con las gotitas de hierro y a integrarse en el núcleo», explica Dorn. «En determinadas circunstancias, el hierro puede absorber hasta 70 veces más agua que los silicatos. Sin embargo, debido a la enorme presión en el núcleo, el agua ya no se presenta en forma de moléculas de H20, sino en forma de hidrógeno y oxígeno».
Esta agua es tan profunda que queda atrapada en el núcleo para siempre, sin posibilidad de acceso, por lo que no es de ninguna utilidad para la vida en la superficie de un planeta o cerca de ella. Sin embargo, podría contribuir a la habitabilidad de otras maneras.
Midiendo la masa y el radio de los exoplanetas (utilizando mediciones Doppler de velocidad radial y tránsitosrespectivamente, podemos calcular la densidad de estos mundos (dividiendo la masa del planeta por su volumen, que se calcula a partir de su radio). Algunos exoplanetas tienen una densidad que implica que una fracción sustancial, quizás hasta una cuarta parte de su masa, está compuesta de agua.
Se suponía que esta agua estaba presente en la superficie en forma de un océano de decenas de kilómetros de profundidad, pero si esta nueva investigación es correcta, entonces, en realidad, la mayor parte del agua estaría dentro del planeta, y los mundos acuáticos con océanos globales profundos podrían ser raros. Aunque el agua es esencial para la vida, un planeta con solo agua en la superficie (y sin tierra) podría no ser habitable. Por ejemplo, los nutrientes para alimentar la vida llegan al mar desde la tierra, y ese mismo proceso de escorrentía es una parte vital del ciclo del carbono que mantiene los climas planetarios a lo largo de largas escalas de tiempo.
Supuesto «Hycean«Los mundos, que reciben su nombre de una combinación de hidrógeno y océano, merecen una mayor investigación, cree Dorn, para probar la teoría de que el agua está siendo transportada al interior de un planeta. Los planetas Hycean tienen una atmósfera rica en hidrógeno, pero también se pensaba que podían albergar océanos profundos a temperaturas habitables.
Cuando el manto de un planeta se enfría, y antes de que se formen los océanos, parte del agua disuelta en su roca puede desgasificarse y subir a la superficie, donde puede liberarse a la atmósfera.
«Por tanto, si encontramos agua en la atmósfera de un planeta, probablemente haya mucha más en su interior», afirma Dorn.
En particular, el exoplaneta TOI-270dque orbita alrededor de enana roja La estrella que se encuentra a 73 años luz de la Tierra y que tiene una masa 4,78 veces mayor que la de nuestro planeta, es de interés para Dorn, quien formó parte de un equipo que ha estudiado su atmósfera con el Telescopio espacial James Webb y encontraron metano, dióxido de carbono y vapor de agua.
«Allí se han recogido pruebas de la existencia real de tales interacciones. [of water] entre el océano de magma en su interior y la atmósfera», dijo Dorn.
La capacidad del agua de filtrarse en un planeta en lugar de acumularse a grandes profundidades en su superficie significa que existe un potencial aún mayor de que existan más planetas habitables con océanos menos profundos en la galaxia.
La investigación fue publicada hoy (20 de agosto) en la revista Astronomía de la naturaleza.
