Hace casi exactamente veinte años, dos equipos de astrónomos descubrieron de manera independiente el primer exoplaneta en tránsito: un mundo que, visto desde la Tierra, cruzó por delante de su estrella y prooyectó su sombra sobre los telescopios que permanecían vigilantes en nuestro planeta.
Dos décadas más tarde, los tránsitos se han convertido en el alma de los estudios de exoplanetas, revelando miles de mundos a través de telescopios espaciales como el Kepler o el Satélite para el Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS), ambos de la NASA, y permitiendo que los investigadores estimen no solo el tamaño y la órbita del planeta, sino también su densidad y composición. En resumen, los planetas en tránsito se han convertido en la piedra angular de la cada vez más próspera búsqueda de los gemelos de la Tierra. En 1999, sin embargo, la mera idea de que tales sombras exoplanetarias pudieran ser detectables parecía tan increíble que se necesitaron los esfuerzos de dos grupos independientes para confirmarla.
Ahora estamos viviendo una situación similar: dos equipos de científicos han anunciado por separado que han descubierto agua, la base de la biología tal y como la conocemos, en la atmósfera de un planeta en tránsito denominado K2-18b. El planeta orbita en la zona habitable de su estrella, la región en que la luz estelar puede calentar un mundo lo suficiente como para permitir que el agua se acumule y fluya en su superficie. Este resultado, que constituye un hito en la búsqueda de vida extraterrestre, augura un futuro cercano en el que los astrónomos emplearán nuevos y avanzados telescopios terrestres y espaciales para estudiar con más detalle los planetas más prometedores en torno a las estrellas próximas a nuestro Sol.
«Este es el único planeta que conocemos más allá del sistema solar con la temperatura correcta para sustentar agua, con una atmósfera y con agua», resalta Angelos Tsiaras, astrónomo del Colegio Universitario de Londres y autor principal de uno de los estudios, publicado en Nature Astronomy. Tsiaras y sus colaboradores utilizaron complejos modelos informáticos para detectar signos de vapor de agua en K2-18b a partir de los datos obtenidos por el telescopio espacial Hubble, lo que, según Tsiaras, convierte al planeta en «el mejor candidato para la habitabilidad» que conocemos hoy en día.
Los datos del Hubble no desvelan el volumen de agua que hay en K2-18b: una mínima cantidad de humedad y un océano entero producirían una señal similar en la atmósfera superior del planeta. Tsiaras y su equipo calculan que el vapor de agua podría constituir entre el 0,01 por ciento y la mitad de la atmósfera del exoplaneta. Para determinar cuánta agua hay (así como otros gases, como metano, dióxido de carbono y amoníaco) se necesitarán más observaciones en un amplio abanico de frecuencias, realizadas con futuros instrumentos espaciales como el telescopio espacial James Webb de la NASA, el telescopio ARIEL de la Agencia Espacial Europea y una incipiente generación de telescopios terrestres extremadamente grandes.
K2-18b es algo más de dos veces mayor que la Tierra y casi nueve veces más masivo. Probablemente cuenta con un núcleo sólido de roca o hielo rodeado por una capa extremadamente gruesa de hidrógeno y otros gases, entre los que aparentemente se encuentra el vapor de agua. Descubierto por el telescopio Kepler en 2015, el mundo describe una órbita de 33 días alrededor de una estrella tenue y fría, una enana roja situada a unos 110 años luz, en la constelación de Leo.
La luminosidad de esa estrella no llega al 3 por ciento de la de nuestro Sol, pero debido a que K2-18b orbita tan cerca de ella, el planeta recibe un 5 por ciento más de luz estelar que la Tierra. Y como el planeta transita, parte de esa luz atraviesa la parte superior de su atmósfera de camino a nuestros telescopios, recogiendo y transmitiendo información sobre el cóctel de gases que componen el aire de K2-18b.
Entre 2016 y 2017, un equipo dirigido por Björn Benneke, de la Universidad de Montreal, observó hasta ocho tránsitos de K2-18b con el telescopio espacial Hubble, así como con Kepler y el telescopio espacial Spitzer. Los datos del Hubble a menudo se hacen públicos tan pronto como se obtienen, y esa política permitió que Tsiaras y sus colaboradores llevaran a cabo su estudio.
El análisis independiente realizado por el grupo de Benneke también indica la existencia de una fracción estadísticamente significativa de vapor de agua en la atmósfera superior de K2-18b. Pero, además, sostiene la posible presencia de gotas de agua líquida condensándose a mayor profundidad. Es decir, Benneke y sus colaboradores aportan indicios de la existencia de nubes y de lluvia. Su estudio se encuentra disponible en el repositorio arXiv.org y ha sido enviado a The Astrophysical Journal para su publicación tras el habitual proceso de revisión por pares.
«Ambos estudios muestran que hay una atmósfera y agua en el planeta, lo que hace que el resultado sea aún más sólido», defiende Benneke. «Encontrar vapor de agua es fantástico, pero lo que tiene de especial K2-18b es que nuestros modelos apuntan a que hay partes de su atmósfera con la temperatura y presión necesarias para que ese vapor se condense en gotas de agua líquida. Y estas, igual que ocurre en la atmósfera de la Tierra, producirán nubes y caerán en forma de lluvia. Del mismo modo que en la Tierra, debería haber una interacción entre la condensación y la evaporación, un ciclo del agua entre las nubes y la parte gaseosa de la atmósfera.»
Benneke especula que la región atmosférica en la que se formarían las nubes podría ser relativamente acogedora, con una presión de una atmósfera terrestre y una temperatura no muy diferente a la de cualquier sala de estar. «En muchos sentidos este planeta no es como la Tierra, pero en otros es muy similar. Puede que no haya una verdadera «superficie» bajo la gruesa capa de gases. E incluso si la hay, estaría sometida a presiones muy altas. Resulta inverosímil imaginar algo parecido a un ser humano caminando allí abajo, pero quizá algún tipo de microbio extremo podría vivir en esas nubes de agua.»
Nublado y potencialmente habitable
Algunos investigadores llaman a K2-18b y los planetas similares a él «supertierras», mientras que otros prefieren denominarlos «minineptunos». Pero independientemente de la nomenclatura, el hecho cierto es que ninguno de esos objetos orbita alrededor de nuestro Sol, a pesar de que son el tipo de planeta más abundante en la Vía Láctea. Todo lo que podemos saber de ellos proviene de estudios extrasolares, los cuales, por el momento, indican que la mayoría de esos planetas con un tamaño intermedio entre la Tierra y Neptuno no se parecen demasiado al nuestro.
«Me gusta llamar planetas «híbridos» a estos mundos con núcleos rocosos y gruesas capas de hidrógeno», comenta Benneke. «No son rocas con una atmósfera delgada como la Tierra, pero tampoco gigantes gaseosos como Neptuno o Júpiter.»
Uno de los atractivos de estudiar estos mundos intermedios —y la misión TESS está descubriendo muchos más de ellos— es la posibilidad de que revelen algo fundamental acerca de cómo se forman los planetas de cualquier tamaño.
«Creemos que se produce una transición desde los mundos rocosos a los gaseosos para planetas unas 1,8 veces más grandes que la Tierra», explica Laura Kreidberg, astrónoma del Centro de Astrofísica de la Universidad de Harvard y el Instituto Smithsoniano (CfA), que no participó en los estudios. «K2-18b está cerca de ese tamaño límite, así que [estos estudios] nos están permitiendo vislumbrar por primera vez la atmósfera de un mundo próximo a esa transición.»
Nikole Lewis, astrónoma de la Universidad Cornell, quien no contribuyó a ninguno de los artículos, señala que esta no es la primera vez que se observan signos de vapor de agua, nubes e incluso lluvia en planetas de fuera del sistema solar. Pero los descubrimientos anteriores provienen de primos más grandes y calientes de K2-18b, mundos que están más claramente en el «lado de Neptuno» de la frontera planetaria.
«K2-18b constituye un gran paso en la exploración de planetas más fríos y pequeños», afirma. «Podría revelarnos cómo se forma y evoluciona la atmósfera en los planetas que se encuentran en la zona habitable (o cerca de ella) de una enana roja, lo cual será importante para comprender la posible habitabilidad de planetas más pequeños, del tamaño de la Tierra.»
Lo más importante es que el vapor de agua en K2-18b sería la mejor prueba que tenemos hasta la fecha de que los planetas pequeños que orbitan en las zonas habitables de las enanas rojas pueden poseer atmósferas. En algunos sentidos, las enanas rojas son «pequeñas pero matonas», pues emiten radiaciones capaces de destruir la atmósfera de un planeta y que alcanzan su punto máximo en un momento temprano de la vida de las estrellas, justo cuando los mundos recién nacidos podrían ser más vulnerables.
Por su parte, los escasos estudios de mundos pequeños y cercanos a una enana roja realizados previamente con el Hubble no han sido muy alentadores: los intentos de estudiar la supuesta atmósfera de varios planetas potencialmente habitables que transitan por delante de una enana roja ultratenue llamada TRAPPIST-1 no arrojaron resultados concluyentes. Y una investigación más reciente de LHS 3844b, un mundo 1,3 veces mayor que el nuestro que también orbita una estrella de ese tipo, indicó que el planeta podría no tener ningún tipo de aire.
«La gran mayoría del espacio habitable del universo podría encontrarse alrededor de enanas rojas, porque son las estrellas más comunes y además tienen montones de planetas rocosos muy cerca de ellas», añade Nicolas Cowan, astrónomo de la Universidad McGill que no firmó ninguno de los nuevos artículos. «Tras el estudio que mostró que LHS 3844b parece una roca árida y seca, algunos comenzamos a preocuparnos. Tal vez los mundos alrededor de las enanas rojas resulten ser pistas falsas para la astrobiología.»
Esa preocupación es la razón por la cual K2-18b es «tremendamente importante», añade Cowan, a pesar de sus condiciones claramente distintas a las de la Tierra y un tanto inhóspitas. «Indica que los «inmuebles» planetarios más comunes del universo también pueden ser habitables, presentando no solo atmósferas, sino también vapor de agua.»
Aun así, no todo el mundo está convencido de que las afirmaciones sobre la existencia de vapor de agua tengan fundamento. «La detección no tiene una alta significación estadística», sostiene David Charbonneau, astrónomo del Centro de Astrofísica de Harvard y uno de los descubridores del primer planeta en tránsito en 1999.
A diferencia de ese hallazgo, que se basó en dos conjuntos de datos distintos, el nuevo descubrimiento compartido entre los dos equipos ha empleado solo uno, que además se obtuvo con el Hubble, un instrumento que no fue diseñado para realizar mediciones tan complejas y delicadas. «Sí, resulta sugerente», concluye Charbonneau. «Pero llevamos 20 años estudiando planetas en tránsito, así que creo que ya hemos superado con creces la etapa de los estudios «sugerentes».»
Lee Billings
Referencias: «Water vapour in the atmosphere of the habitable-zone eight-Earth-mass planet K2-18 b», Angelos Tsiaras et al. en Nature Astronomy, 11 de septiembre de 2019; «Water Vapor on the Habitable-Zone Exoplanet K2-18b», Björn Benneke et al. en arXiv:1909.04642 [astro-ph.EP].
