Los astrónomos han descubierto que un exoplaneta de más del doble del tamaño de la Tierra es potencialmente habitable, abriendo la búsqueda de vida a planetas significativamente más grandes que la Tierra pero más pequeños que Neptuno.

Un equipo de la Universidad de Cambridge utilizó la masa, radio, y datos atmosféricos del exoplaneta K2-18b y determinaron que es posible que el planeta albergue agua líquida en condiciones habitables debajo de su atmósfera rica en hidrógeno. Los resultados se informan en Las cartas del diario astrofísico .

El exoplaneta K2-18b, 124 años luz de distancia, es 2,6 veces el radio y 8,6 veces la masa de la Tierra, y orbita su estrella dentro de la zona habitable, donde las temperaturas podrían permitir que exista agua líquida. El planeta fue objeto de una importante cobertura mediática en el otoño de 2019, ya que dos equipos diferentes informaron la detección de vapor de agua en su atmósfera rica en hidrógeno. Sin embargo, la extensión de la atmósfera y las condiciones del interior del subsuelo permanecieron desconocidas.

"Se ha detectado vapor de agua en las atmósferas de varios exoplanetas pero, incluso si el planeta está en la zona habitable, eso no significa necesariamente que haya condiciones habitables en la superficie, "dijo el Dr. Nikku Madhusudhan del Instituto de Astronomía de Cambridge, quien dirigió la nueva investigación. "Para establecer las perspectivas de habitabilidad, Es importante obtener una comprensión unificada de las condiciones interiores y atmosféricas del planeta, en particular, si el agua líquida puede existir debajo de la atmósfera ".

Dado el gran tamaño de K2-18b, Se ha sugerido que se parecería más a una versión más pequeña de Neptuno que a una versión más grande de la Tierra. Se espera que un 'mini-Neptuno' tenga una 'envoltura' de hidrógeno significativa que rodea una capa de agua a alta presión, con un núcleo interior de roca y hierro. Si la envoltura de hidrógeno es demasiado gruesa, la temperatura y la presión en la superficie de la capa de agua debajo serían demasiado altas para sustentar la vida.

Ahora, Madhusudhan y su equipo han demostrado que a pesar del tamaño del K2-18b, su envoltura de hidrógeno no es necesariamente demasiado gruesa y la capa de agua podría tener las condiciones adecuadas para sustentar la vida. Utilizaron las observaciones existentes de la atmósfera, así como la masa y el radio, para determinar la composición y estructura tanto de la atmósfera como del interior utilizando modelos numéricos detallados y métodos estadísticos para explicar los datos.

Los investigadores confirmaron que la atmósfera es rica en hidrógeno con una cantidad significativa de vapor de agua. También encontraron que los niveles de otras sustancias químicas como el metano y el amoníaco eran más bajos de lo esperado para esa atmósfera. Queda por ver si estos niveles pueden atribuirse a procesos biológicos.

Luego, el equipo utilizó las propiedades atmosféricas como condiciones límite para los modelos del interior planetario. Exploraron una amplia gama de modelos que podrían explicar las propiedades atmosféricas, así como la masa y el radio del planeta. Esto les permitió obtener el rango de posibles condiciones en el interior, incluyendo la extensión de la envoltura de hidrógeno y las temperaturas y presiones en la capa de agua.

"Queríamos saber el grosor de la envoltura de hidrógeno:a qué profundidad llega el hidrógeno, "dijo el coautor Matthew Nixon, un doctorado estudiante del Instituto de Astronomía. "Si bien esta es una pregunta con múltiples soluciones, hemos demostrado que no se necesita mucho hidrógeno para explicar todas las observaciones juntas ".

Los investigadores encontraron que la extensión máxima de la envoltura de hidrógeno permitida por los datos es alrededor del 6% de la masa del planeta. aunque la mayoría de las soluciones requieren mucho menos. La cantidad mínima de hidrógeno es aproximadamente una millonésima en masa, similar a la fracción de masa de la atmósfera terrestre. En particular, varios escenarios permiten un mundo oceánico, con agua líquida debajo de la atmósfera a presiones y temperaturas similares a las que se encuentran en los océanos de la Tierra.

Este estudio abre la búsqueda de condiciones habitables y biofirmas fuera del sistema solar a exoplanetas que son significativamente más grandes que la Tierra. más allá de exoplanetas similares a la Tierra. Adicionalmente, planetas como K2-18b son más accesibles a las observaciones atmosféricas con instalaciones de observación actuales y futuras. Las limitaciones atmosféricas obtenidas en este estudio se pueden refinar utilizando futuras observaciones con grandes instalaciones como el próximo telescopio espacial James Webb.