El estudio más extenso de las composiciones químicas atmosféricas de exoplanetas hasta la fecha ha revelado tendencias que desafían las teorías actuales sobre la formación de planetas y tiene implicaciones para la búsqueda de agua en el sistema solar y más allá.

Un equipo de investigadores, dirigido por la Universidad de Cambridge, utilizó datos atmosféricos de 19 exoplanetas para obtener medidas detalladas de sus propiedades químicas y térmicas. Los exoplanetas del estudio abarcan una amplia gama de tamaños, desde 'mini-Neptunes' de casi 10 masas terrestres hasta 'super-Júpiter' de más de 600 masas terrestres, y temperatura, desde casi 20 ° C hasta más de 2000 ° C. Como los planetas gigantes de nuestro sistema solar, sus atmósferas son ricas en hidrógeno, pero orbitan diferentes tipos de estrellas.

Los investigadores encontraron que, si bien el vapor de agua es común en las atmósferas de muchos exoplanetas, las cantidades fueron sorprendentemente más bajas de lo esperado, mientras que las cantidades de otros elementos encontrados en algunos planetas fueron consistentes con las expectativas. Los resultados, que forman parte de un programa de investigación de cinco años sobre las composiciones químicas de las atmósferas planetarias fuera de nuestro sistema solar, se informan en el Cartas de revistas astrofísicas .

"Estamos viendo los primeros signos de patrones químicos en mundos extraterrestres, y estamos viendo cuán diversos pueden ser en términos de sus composiciones químicas, "dijo el líder del proyecto, el Dr. Nikku Madhusudhan, del Instituto de Astronomía de Cambridge, quien midió por primera vez la baja abundancia de vapor de agua en exoplanetas gigantes hace cinco años.

En nuestro sistema solar, la cantidad de carbono en relación con el hidrógeno en las atmósferas de los planetas gigantes es significativamente mayor que la del sol. Se cree que esta abundancia 'super-solar' se originó cuando los planetas se estaban formando, y grandes cantidades de hielo, las rocas y otras partículas se introdujeron en el planeta en un proceso llamado acreción.

Se ha predicho que la abundancia de otros elementos será igualmente alta en las atmósferas de exoplanetas gigantes, especialmente oxígeno, que es el elemento más abundante en el universo después del hidrógeno y el helio. Esto significa que el agua, un portador dominante de oxígeno, También se espera que sea sobreabundante en tales atmósferas.

Los investigadores utilizaron datos espectroscópicos extensos de telescopios terrestres y espaciales, incluido el telescopio espacial Hubble, el telescopio espacial Spitzer, el Very Large Telescope en Chile y el Gran Telescopio Canarias en España. El rango de observaciones disponibles, junto con modelos computacionales detallados, métodos de estadística, y propiedades atómicas del sodio y potasio, permitió a los investigadores obtener estimaciones de las abundancias químicas en las atmósferas de exoplanetas a lo largo de la muestra.

El equipo informó sobre la abundancia de vapor de agua en 14 de los 19 planetas, y la abundancia de sodio y potasio en seis planetas cada uno. Sus resultados sugieren un agotamiento de oxígeno en relación con otros elementos y proporcionan pistas químicas sobre cómo estos exoplanetas pueden haberse formado sin una acumulación sustancial de hielo.

"Es increíble ver una abundancia de agua tan baja en las atmósferas de una amplia gama de planetas que orbitan una variedad de estrellas, "dijo Madhusudhan.

"Medir la abundancia de estos productos químicos en atmósferas exoplanetarias es algo extraordinario, considerando que todavía no hemos podido hacer lo mismo con los planetas gigantes de nuestro sistema solar, incluido Júpiter, our nearest gas giant neighbour, " said Luis Welbanks, lead author of the study and Ph.D. student at the Institute of Astronomy.

Various efforts to measure water in Jupiter's atmosphere, including NASA's current Juno mission, have proved challenging. "Since Jupiter is so cold, any water vapour in its atmosphere would be condensed, making it difficult to measure, " said Welbanks. "If the water abundance in Jupiter were found to be plentiful as predicted, it would imply that it formed in a different way to the exoplanets we looked at in the current study."

"We look forward to increasing the size of our planet sample in future studies, " said Madhusudhan. "Inevitably, we expect to find outliers to the current trends as well as measurements of other chemicals."

These results show that different chemical elements can no longer be assumed to be equally abundant in planetary atmospheres, challenging assumptions in several theoretical models.

"Given that water is a key ingredient to our notion of habitability on Earth, it is important to know how much water can be found in planetary systems beyond our own, " said Madhusudhan.