Las nubes formadas a partir de roca vaporizada podrían crear el aislamiento térmico definitivo en uno de los tipos más comunes de exoplanetas descubiertos hasta ahora, los subneptunos, elevando las temperaturas tanto que las superficies sólidas de estos mundos se derriten y se convierten en océanos de magma.
“Este trabajo nos acerca un paso más a la respuesta a la pregunta de de qué están hechos estos misteriosos mundos”, afirmó en un comunicado el astrónomo Luis Welbanks, de la Universidad Estatal de Arizona.
Los subneptunos son planetas más grandes que la Tierra pero más pequeños que Neptuno. Son especialmente misteriosos ya que no tenemos un mundo de este tipo en nuestro sistema solar. Se cree que contienen un núcleo rocoso rodeado por una atmósfera profunda, pero no se sabe mucho más sobre su composición y estructura. Su atmósfera podría ser rica en hidrógeno como la de Júpiter, o podría ser abundante en vapor de agua y moléculas orgánicas basadas en carbono. En algunos casos, incluso podrían ser habitables según el paradigma del mundo hyceano, en el que una espesa atmósfera de hidrógeno encierra un océano global de agua líquida.
El Telescopio Espacial James Webb (JWST) está ocupado sondeando la atmósfera de varios subneptunos para tratar de aprender más sobre su composición general porque su atmósfera debería ser representativa de la materia de la que están hechos dichos planetas, pero los resultados hasta ahora no han sido concluyentes.
Las atmósferas de los subneptunos son profundas y densas, lo que significa que las presiones aplastantes cerca del límite entre la atmósfera y el cuerpo sólido del mundo pueden convertir los minerales en vapor que forma nubes. Estos minerales incluyen óxido de aluminio, hierro, silicato de magnesio, sulfuro de manganeso, cloruro de potasio, sulfuro de sodio y sulfuro de zinc.
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Utilizando simulaciones por computadora detalladas, un equipo dirigido por Sagnick Mukherjee de la Universidad Estatal de Arizona exploró qué efecto podrían tener estas nubes tanto en la superficie como en la atmósfera de un subNeptuno.
Demostraron que cuando estas nubes minerales se forman en las profundidades, actúan como eficientes mantas aislantes que atrapan el calor (y una gran cantidad) que se escapa desde el núcleo del planeta.
“Entre los subneptunos que actualmente se estudian con JWST, nos sorprendió descubrir que el calentamiento impulsado por las nubes puede elevar la temperatura en el límite atmósfera-interior del planeta entre aproximadamente 1.400 y 2.600 grados Celsius. [2,550–4,712 degrees Fahrenheit]”, dijo Mukherjee.
Al mismo tiempo, al impedir que escape el calor, la atmósfera superior se enfría notablemente.
Con todo ese calor retenido cerca de la superficie, la roca comienza a derretirse.
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“Para algunos de los planetas que modelamos, ese calor adicional es suficiente para derretir la superficie del planeta, creando un océano de magma”, dijo el miembro del equipo Matthew Nixon de la Universidad Estatal de Arizona.
Estos posibles planetas de magma incluyen GJ 1214b, que orbita una estrella enana roja a 48 años luz de distancia. En un momento se pensó que era un mundo de agua fría, pero el descubrimiento de JWST en 2025 de vapores metálicos y neblina de dióxido de carbono en la atmósfera de GJ 1214b lo descarta, y ahora parece que su superficie, indetectable bajo la espesa atmósfera, podría estar completamente fundida.
Sin embargo, la presencia de océanos de magma abre posibilidades para una química atmosférica más compleja. El gas se filtra del magma y se difunde en la atmósfera, enriqueciéndolo en teoría con oxígeno, hidruro de silicio y monóxido de silicio, mientras que, en sentido contrario, el magma absorbe amoníaco, metano y vapor de agua de la atmósfera. En otras palabras, la atmósfera se enriquece con material subterráneo y al mismo tiempo se agota en algunos gases que los astrónomos esperarían ver en mayor abundancia.
Esto significa que los intentos del JWST de conocer la composición general de un exoplaneta subneptuno a partir del espectro de su atmósfera podrían verse sesgados por este intercambio de gases entre un océano de magma y la atmósfera. El calentamiento adicional en las profundidades también afectará el futuro de estos planetas subneptunos, ya que el calor adicional mantendrá hinchada su atmósfera inferior e impedirá que el planeta se contraiga durante miles de millones de años.
Si los hallazgos son correctos, podrían suponer un gran obstáculo para que los subneptunos sean habitables. Incluso si el límite entre la atmósfera y el cuerpo sólido del planeta no fuera lo suficientemente caliente como para formar magma, aún así haría que la superficie fuera demasiado caliente para sustentar agua líquida o vida.
Los hallazgos fueron publicados el 8 de julio en Astrophysical Journal Letters.