En 2015, el Telescopio Espacial Kepler detectó un extraño planeta orbitando una enana roja en la constelación de Leo, a unos 100 años luz de la Tierra. K2-18b, como fue designado, es aproximadamente ocho veces más masivo que la Tierra y tiene el doble de radio, lo que lo convierte en un tipo de planeta que los astrónomos llaman mini-Neptuno. Orbita su estrella madre en sólo 33 días, colocándola firmemente dentro de la zona habitable, la región alrededor de una estrella donde puede existir agua líquida.
Es imposible determinar con precisión las condiciones en un planeta así. Pero los astrónomos pueden poner límites a lo que es posible y a lo que no. Y fue entonces cuando se dieron cuenta de que K2-18b estaba lejos de ser algo común y corriente.
Hasta entonces, los astrónomos creían que todos los planetas entraban en la categoría de gigantes gaseosos, como Júpiter, Saturno y Neptuno, o cuerpos rocosos, como la Tierra, Marte y Venus. Pero K2-18b permitió otra posibilidad: que estuviera completamente cubierto por un océano de agua a cientos de kilómetros de profundidad.
Mundos acuáticos
Los astrónomos rápidamente se dieron cuenta de que este tipo de mundo acuático representaba un tipo de planeta completamente nuevo, uno que no existe en nuestro Sistema Solar pero que puede ser común en otros. Los llamaron mundos Hycean y comenzaron a buscar más, comenzando con más detalles sobre K2-18b.
Ahora Frances Rigby y Nikku Madhusudhan de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido han caracterizado los límites de las condiciones que probablemente existan en los mundos Hycean en la zona habitable. Estos mundos oceánicos habitables resultan ser mucho más exóticos de lo que se concibió originalmente. “Estos planetas amplían significativamente la gama de propiedades planetarias en las que podrían existir condiciones habitables”, afirman.
Rigby y Madhusudhan se centran en cinco exoplanetas detectados por telescopios espaciales que tienen potencial para ser Hycean, incluido K2-18b. Luego modelan la profundidad y la temperatura del océano, la fracción de masa en cualquier atmósfera sobre el océano y la composición interior.
Resulta que los océanos de estos planetas eclipsarán a los que los humanos conocen. En la Tierra, la profundidad media del océano es de unos tres kilómetros con un máximo de 11 kilómetros.
Por el contrario, los mundos Hycean podrían tener océanos de hasta 1.000 kilómetros de profundidad. Rigby y Madhusudhan dicen que la profundidad está determinada en última instancia por la gravedad y la temperatura del planeta porque a una presión suficientemente alta, el agua forma varios tipos exóticos de hielo. Eso limita la profundidad que pueden tener.
“Las profundidades del océano dependen de la gravedad y la temperatura de la superficie y abarcan entre 10 y 1.000 km en condiciones de Hycean, antes de pasar al hielo de alta presión”, dicen.
Pero sólo en mundos acuáticos más pequeños, de tamaño más cercano a la Tierra, los océanos podrían alcanzar miles de kilómetros de profundidad. Contraintuitivamente, los planetas más grandes, con más gravedad, tendrán océanos menos profundos.
Este hielo de alta presión también impone limitaciones interesantes a la habitabilidad del océano. La vida en la Tierra requiere un rico suministro de nutrientes elaborados a partir de carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Estos elementos provienen en última instancia de rocas erosionadas por su contacto con el agua en el fondo de los océanos.
Hielo a alta presión
Pero si el fondo marino de los mundos Hycean está hecho de hielo, eso impondría límites importantes a la forma en que los nutrientes pueden fluir desde el interior rocoso. “El espeso manto de hielo a alta presión en los mundos Hycean evitaría la erosión del núcleo rocoso que se encuentra debajo, lo que requeriría métodos alternativos de enriquecimiento de nutrientes en los océanos”, dicen los investigadores.
Pero los nutrientes podrían llegar por otras vías. Los impactos de asteroides y cometas podrían ser una fuente importante, la atmósfera otra e incluso puede haber algún proceso complejo de transporte de nutrientes a través de la capa de hielo desde el núcleo rocoso que se encuentra debajo. Claramente se necesita más investigación y más datos aquí.
Y es probable que los astrónomos lo entiendan rápidamente gracias a una nueva generación de observatorios como el Telescopio Espacial James Webb. Madhusudhan ya ha analizado nuevas observaciones del JWST del mundo Hycean original K2-18b, que revelan que su atmósfera contiene tanto dióxido de carbono como metano.
Pero quizás lo más importante sea lo que no está presente. Los investigadores señalan que la ausencia de amoníaco, que es altamente soluble en agua, es consistente con la presencia de un océano en la superficie. Eso no es una prueba pero es sugerente.
Seguramente más observaciones ayudarán a caracterizar mejor los mundos Hycean. Y Rigby y Madhusudhan son optimistas en cuanto a que su trabajo es sólo un trampolín: “Estos resultados resaltan las diversas condiciones posibles entre estos planetas y demuestran su potencial para albergar condiciones habitables en circunstancias muy diferentes a las de la Tierra”.
Ref: Sobre las condiciones oceánicas de los mundos Hycean: arxiv.org/abs/2402.12330