Los planetas contienen más agua de lo que pensábamos

Según un nuevo estudio, la mayor parte del agua de un planeta no suele estar en su superficie, sino escondida en lo profundo de su interior.

Esto afecta a la habitabilidad potencial de mundos distantes, como lo demuestran los cálculos del modelo de los investigadores.

Sabemos que la Tierra tiene un núcleo de hierro rodeado por un manto de roca de silicato y agua (océanos) en su superficie. La ciencia ha utilizado este modelo simple de planeta hasta el día de hoy para investigar exoplanetas, planetas que orbitan otra estrella fuera de nuestro sistema solar.

«Sólo en los últimos años hemos empezado a darnos cuenta de que los planetas son más complejos de lo que pensábamos», afirma Caroline Dorn, profesora de exoplanetas en la ETH de Zúrich.

La mayoría de los exoplanetas conocidos hoy en día están cerca de su estrella. Esto significa que incluyen principalmente mundos cálidos de océanos de magma fundido que aún no se han enfriado para formar un manto sólido de roca de silicato como la Tierra. El agua se disuelve muy bien en estos océanos de magma, a diferencia, por ejemplo, del dióxido de carbono, que rápidamente se desgasifica y asciende a la atmósfera.

El núcleo de hierro se encuentra debajo del manto fundido de silicatos. Entonces, ¿cómo se distribuye el agua entre los silicatos y el hierro? Esto es precisamente lo que investigó Dorn en colaboración con Haiyang Luo y Jie Deng de la Universidad de Princeton, utilizando modelos de cálculo basados ​​en leyes fundamentales de la física.

sopa de magma

Para explicar los resultados, Dorn debe entrar en detalles: “El núcleo de hierro necesita tiempo para desarrollarse. Una gran parte del hierro se encuentra inicialmente en forma de gotas en la sopa de magma caliente». El agua secuestrada en esta sopa se une a estas gotas de hierro y se hunde con ellas hasta el núcleo.

«Las gotas de hierro se comportan como un ascensor que desciende a través del agua», explica Dorn.

Hasta ahora se sabía que este comportamiento sólo se daba en el caso de presiones moderadas, como las que también prevalecen en la Tierra. No se sabía qué sucede en el caso de planetas más grandes con condiciones internas de mayor presión.

«Éste es uno de los principales resultados de nuestro estudio», afirma Dorn. «Cuanto más grande es el planeta y mayor es su masa, más agua tiende a ir con las gotas de hierro y a integrarse en el núcleo. 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 toma la forma de moléculas de H2O, sino que está presente en hidrógeno y oxígeno».

Dentro del mundo

Este estudio se inició a partir de investigaciones sobre el contenido de agua de la Tierra, que dieron un resultado sorprendente hace cuatro años: los océanos de la superficie de la Tierra contienen sólo una pequeña fracción del agua total de nuestro planeta. En su interior se puede esconder el contenido de más de 80 de los océanos de la Tierra. Esto se demuestra mediante simulaciones que calculan cómo se comporta el agua en condiciones como las que prevalecían cuando la Tierra era joven. Por tanto, los experimentos y las mediciones sismológicas son compatibles.

Los nuevos hallazgos sobre la distribución del agua en los planetas tienen consecuencias dramáticas para la interpretación de los datos de observación astronómica.

Usando sus telescopios en el espacio y en la Tierra, los astrónomos pueden, bajo ciertas condiciones, medir el peso y el tamaño de un exoplaneta. Utilizan estos cálculos para dibujar diagramas de masa-radio que permiten sacar conclusiones sobre la composición del planeta. Si al hacerlo, como hasta ahora, se ignoran la solubilidad y la distribución del agua, el volumen de agua puede subestimarse dramáticamente hasta diez veces.

«Los planetas tienen mucha más agua de lo que se suponía anteriormente», afirma Dorn.

Cómo se forman y evolucionan los planetas

La distribución del agua también es importante si queremos entender cómo se forman y se desarrollan los planetas. El agua que se ha hundido hasta el núcleo queda atrapada allí para siempre. Sin embargo, el agua disuelta en el océano de magma del manto puede desgasificarse y subir a la superficie durante el enfriamiento del manto.

«Así que si encontramos agua en la atmósfera de un planeta, probablemente haya mucha más en su interior», explica Dorn.

Esto es lo que busca encontrar el telescopio espacial James Webb, que lleva dos años enviando datos desde el espacio a la Tierra. Es capaz de rastrear moléculas en la atmósfera de exoplanetas.

«Sólo se puede medir directamente la composición de la atmósfera superior de los exoplanetas», explica el científico. «A nuestro grupo le gustaría establecer una conexión entre la atmósfera y las profundidades internas de los cuerpos celestes».

Particularmente interesantes son los nuevos datos del exoplaneta llamado TOI-270d.

«Allí se reunieron pruebas de la existencia real de este tipo de interacciones entre el océano de magma en su interior y la atmósfera», afirma Dorn, que participó en la publicación correspondiente sobre TOI-270d. Su lista de objetos interesantes que le gustaría examinar más de cerca incluye también el planeta K2-18b, que ha sido noticia por la probabilidad de que haya vida en él.

La búsqueda de la vida

El agua es una de las condiciones previas para el desarrollo de la vida. Durante mucho tiempo se ha especulado sobre la habitabilidad potencial de las súper Tierras con abundante agua, es decir, planetas con una masa muchas veces mayor que la de la Tierra y con una superficie cubierta por un océano global profundo. Luego, los cálculos sugirieron que demasiada agua podría resultar hostil para la vida. El argumento era que en estos mundos acuáticos una capa de hielo exótico a alta presión impediría el intercambio de sustancias vitales en la interfaz entre el océano y el manto del planeta.

El nuevo estudio llega ahora a una conclusión diferente: los planetas con capas de agua profundas probablemente sean algo raro, ya que la mayor parte del agua en las SuperTierras no está en la superficie, como se suponía hasta ahora, sino que está atrapada en el núcleo. . . Esto lleva a los científicos a suponer que incluso los planetas con un contenido de agua relativamente alto pueden tener el potencial de desarrollar condiciones habitables como la Tierra.

Como concluyen Dorn y sus colegas, su estudio arroja nueva luz sobre la existencia potencial de mundos con abundante agua que podrían albergar vida.

La investigación de Dorn es parte del Centro Nacional de Competencia en Investigación PlanetS (NCCR) y el Centro para el Origen y Prevalencia de la Vida (COPL) en ETH.

La investigación aparece en Naturaleza Astronomía.

Fuente: ETH Zúrich