Hubble ayuda a descubrir un nuevo tipo de planeta compuesto en gran parte por agua
Los investigadores han encontrado evidencia de la existencia de un nuevo tipo de planeta al que han llamado "mundo de agua", donde el agua constituye una gran fracción de todo el planeta. Estos mundos, descubiertos en un sistema planetario a 218 años luz de distancia, no se parecen a ningún planeta de nuestro Sistema Solar.
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| En esta ilustración, la súper Tierra, Kepler-138d, está en primer plano. A la izquierda, el planeta Kepler-138c, y al fondo el planeta Kepler 138b, vistos en silueta transitando su estrella central. Kepler 138 es una estrella enana roja ubicada a 218 años luz de distancia. La baja densidad de Kepler-138c y Kepler-138d, que tienen un tamaño casi idéntico, significa que deben estar compuestos en gran parte por agua. Ambos tienen el doble de la masa de la Tierra, pero tienen aproximadamente la mitad de la densidad de la Tierra y, por lo tanto, no pueden ser rocas sólidas. Esto se basa en mediciones de su masa frente a su diámetro físico. Se consideran una nueva clase de "planeta de agua", a diferencia de cualquier otro planeta importante que se encuentre en nuestro sistema solar. Kepler-138 b es uno de los exoplanetas más pequeños que se conocen, con la masa del planeta Marte y la densidad de una roca. [Descripción de la imagen: Ilustración de tres planetas y su estrella en el fondo negro del espacio salpicado de puntos de diferentes colores. Los planetas son de varios tamaños, lo que indica diferentes distancias del espectador y de la estrella. El planeta más grande, en primer plano, está en la parte superior derecha y es de color blanco grisáceo con bandas de nubes.] Crédito: NASA, ESA, L. Hustak (STScI) |
El equipo, dirigido por Caroline Piaulet del Instituto de Investigación de Exoplanetas (iREx) de la Universidad de Montreal, publicó un estudio detallado de un sistema planetario conocido como Kepler-138 en la revista Nature Astronomy el 15 de diciembre.
Piaulet, quien es miembro del equipo de investigación de Björn Benneke en la Universidad de Montreal, observó los exoplanetas Kepler-138 c y Kepler-138 d con el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA y el Telescopio Espacial Spitzer de NASA. Encontró que los planetas podrían estar compuestos en gran parte de agua.
El agua no se detectó directamente, pero al comparar los tamaños y las masas de los planetas con los modelos, concluyen que una fracción significativa de su volumen, hasta la mitad, debería estar formada por materiales que son más livianos que la roca pero más pesados que el hidrógeno. o helio (que constituyen la mayor parte de los planetas gigantes gaseosos como Júpiter). El material candidato más común es el agua.
“Anteriormente pensábamos que los planetas que eran un poco más grandes que la Tierra eran grandes bolas de metal y roca, como versiones ampliadas de la Tierra, y por eso los llamamos súper-Tierras”, explicó Benneke. "Sin embargo, ahora hemos demostrado que estos dos planetas, Kepler-138 c y d, son de naturaleza bastante diferente y que una gran fracción de su volumen total probablemente esté compuesta de agua. Es la mejor evidencia hasta ahora para los mundos acuáticos, un tipo de planeta que los astrónomos teorizaron durante mucho tiempo”.
Con volúmenes de más de tres veces el de la Tierra y masas el doble, los planetas c y d tienen densidades mucho más bajas que la Tierra. Esto es sorprendente porque la mayoría de los planetas apenas un poco más grandes que la Tierra que se han estudiado en detalle hasta ahora parecían ser mundos rocosos como el nuestro. La comparación más cercana, dicen los investigadores, sería algunas de las lunas heladas en el Sistema Solar exterior que también están compuestas en gran parte por agua que rodea un núcleo rocoso.
“Imagínese versiones más grandes de Europa o Encelado, las lunas ricas en agua que orbitan alrededor de Júpiter y Saturno, pero que se acercan mucho más a su estrella”, explicó Piaulet. "En lugar de una superficie helada, albergarían grandes envolturas de vapor de agua".
“La identificación segura de un objeto con la densidad de las lunas heladas del Sistema Solar, pero significativamente más grande y masivo, demuestra claramente la gran diversidad de exoplanetas”, agregó el miembro del equipo Jose-Manuel Almenara de la Universidad de Grenoble Alpes en Francia. “Se espera que esto sea el resultado de una variedad de procesos de formación y evolución”.
Los investigadores advierten que los planetas pueden no tener océanos como los de la Tierra directamente en la superficie del planeta. “La temperatura en la atmósfera de Kepler-138 d probablemente esté por encima del punto de ebullición del agua, y esperamos una atmósfera espesa y densa hecha de vapor en este planeta. Solo bajo esa atmósfera de vapor podría haber agua líquida a alta presión, o incluso agua en otra fase que ocurre a altas presiones, llamada fluido supercrítico", dijo Piaulet.
El telescopio espacial James Webb de NASA/ESA/CSA también facilitará una valiosa investigación de seguimiento. "Ahora que hemos identificado de forma segura el 'mundo del agua' Kepler-138 d, el Telescopio Espacial James Webb es la clave para revelar la composición atmosférica de un objeto tan exótico", compartió Daria Kubyshkina, miembro del equipo de la Academia de Ciencias de Austria. “Nos dará información crítica que nos permitirá comparar la composición de las lunas heladas del sistema solar con la de sus contrapartes extrasolares más grandes y pesadas.
Recientemente, otro equipo de la Universidad de Montreal encontró un planeta llamado TOI-1452b que potencialmente podría estar cubierto con un océano de agua líquida, pero también se necesitará a Webb para confirmar esto.
En 2014, los datos del telescopio espacial Kepler de la NASA permitieron a los astrónomos anunciar la detección de tres planetas que orbitan alrededor de Kepler-138, una estrella enana roja en la constelación de Lyra. Esto se basó en una caída medible en la luz de las estrellas cuando cada planeta pasó momentáneamente frente a la estrella.
Benneke y su colega Diana Dragomir, de la Universidad de Nuevo México, tuvieron la idea de volver a observar el sistema planetario con los telescopios espaciales Hubble y Spitzer entre 2014 y 2016 para captar más tránsitos de Kepler-138 d, el tercer planeta. en el sistema, para estudiar su atmósfera.
La identificación segura de un objeto con la densidad de las lunas heladas del sistema solar, pero significativamente más grande y masivo, demuestra claramente la gran diversidad de exoplanetas, que se espera sea el resultado de una variedad de procesos de formación y evolución.
Un nuevo exoplaneta en el sistema
Mientras que las observaciones anteriores del telescopio espacial Kepler solo mostraban tránsitos de tres pequeños planetas alrededor de Kepler-138, Piaulet y su equipo se sorprendieron al descubrir que las observaciones del Hubble y Spitzer requerían la presencia de un cuarto planeta en el sistema, Kepler-138 e.
Este planeta recién descubierto es pequeño y está más lejos de su estrella que los otros tres, y tarda 38 días en completar una órbita. El planeta se encuentra en la zona habitable de su estrella, una región templada donde recibe la cantidad justa de calor de su fría estrella para no estar ni demasiado caliente ni demasiado frío como para permitir la presencia de agua líquida.
Sin embargo, la naturaleza de este planeta adicional recién descubierto sigue siendo una pregunta abierta porque no parece transitar por su estrella anfitriona. Observar el tránsito del exoplaneta habría permitido a los astrónomos determinar su tamaño.
Con Kepler-138 e ahora en la imagen, las masas de los planetas previamente conocidos se midieron nuevamente a través del método de variación de tiempo de tránsito, que implica rastrear pequeñas variaciones en los momentos precisos de los tránsitos de los planetas frente a su estrella causada por el atracción gravitacional de otros planetas cercanos.
Los investigadores tuvieron otra sorpresa: descubrieron que los dos mundos acuáticos Kepler-138 c y d son planetas "gemelos", con prácticamente el mismo tamaño y masa, mientras que antes se pensaba que eran drásticamente diferentes. Por otro lado, se confirma que el planeta más cercano, Kepler-138 b, es un pequeño planeta con la masa de Marte, uno de los exoplanetas más pequeños conocidos hasta la fecha.
“A medida que nuestros instrumentos y técnicas se vuelven lo suficientemente sensibles para encontrar y estudiar planetas que están más lejos de sus estrellas, podríamos comenzar a encontrar muchos más de estos mundos acuáticos”, concluyó Benneke.
Más información
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la ESA y la NASA.
El equipo internacional de astrónomos de este estudio está formado por C. Piaulet (Universidad de Montreal, Canadá), B. Benneke (Universidad de Montreal, Canadá), J. M. Almenara (Universidad de Grenoble Alpes, Francia), D. Dragomir (Universidad de Nuevo México , EE. UU.), H. A. Knutson (Instituto de Tecnología de California, EE. UU.), D. Thorngren (Universidad de Montreal, Canadá), M. S. Peterson (Universidad de Montreal, Canadá), I. J. M. Crossfield (Universidad de Kansas, EE. UU.), E. M.-R . Kempton (Universidad de Maryland, EE. UU.), D. Kubyshkina (Academia de Ciencias de Austria, Austria), A. W. Howard (Instituto de Tecnología de California, EE. UU.), R. Angus (Museo Americano de Historia Natural, EE. UU.), H. Isaacson (Universidad de California - Berkeley, EE. UU.), L. M. Weiss (Universidad de Notre Dame, EE. UU.), C. A. Beichman (Centro de Análisis y Procesamiento Infrarrojo–Caltech, EE. UU.), J. J. Fortney (Universidad de California, EE. UU.), L. Fossati (Academia Austriaca de Sciences, Austria), H. Lammer (Academia de Ciencias de Austria, Austria), P. R. McCullough (Universidad Johns Hopkins, EE. UU.; Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, EE. UU.), C. V. Morley (Universidad de Texas, EE. UU.) e I. Wong (Instituto de Massachusetts of Technology, USA; 51 Pegasi b Fellow).
Crédito de la imagen: NASA, ESA, L. Hustak (STScI)
Enlaces
- Imágenes del Hubble
- Publicación en el sitio web de STScI
- Publicación en el sitio web de la Universidad de Montreal
- Papel de la ciencia
Contactos
Carolina Piaulet
Instituto Trottier para la Investigación de Exoplanetas, Universidad de Montreal,
Montreal Canadá
Correo electrónico: caroline.piaulet@umontreal.ca
Björn Benneke
Instituto Trottier para la Investigación de Exoplanetas, Universidad de Montreal,
Montreal Canadá
Correo electrónico: bjorn.benneke@umontreal.ca
Betania Downer
Director de Comunicaciones Científicas de ESA/Hubble
Correo electrónico: Bethany.Downer@esahubble.org
• Publicado en ESA/Hubble el 15 de diciembre del 2022, enlace publicación.
