Un equipo internacional de astrónomos dirigido por la Universidad de Montreal ha hecho un descubrimiento apasionante sobre el exoplaneta templado LHS 1140 b: podría ser una prometedora «supertierra» cubierta de hielo o agua.
Cuando se descubrió por primera vez el exoplaneta LHS 1140 b, los astrónomos especularon que podría ser un mini-Neptuno: un planeta esencialmente gaseoso, pero de tamaño muy pequeño en comparación con Neptuno. Pero después de analizar los datos del telescopio espacial James Webb (JWST) recopilados en diciembre de 2023, combinados con datos anteriores de otros telescopios espaciales como Spitzer, Hubble y TESS, los científicos han llegado a una conclusión muy diferente.
Situado a unos 48 años luz de la Tierra, en la constelación de Cetus, LHS 1140 b parece ser uno de los exoplanetas más prometedores de la zona habitable de su estrella, ya que podría albergar una atmósfera e incluso un océano de agua líquida. Los resultados de este descubrimiento realizado por astrónomos de la Universidad de Montreal están disponibles en ArXiv y pronto se publicarán en Las cartas de la revista astrofísica.
Un exoplaneta en la ‘Zona Ricitos de Oro’
LHS 1140 b, un exoplaneta que orbita una estrella enana roja de baja masa, de aproximadamente una quinta parte del tamaño del Sol, ha cautivado a los científicos debido a que es uno de los exoplanetas más cercanos a nuestro Sistema Solar que se encuentra dentro de la zona habitable de su estrella. Los exoplanetas que se encuentran en esta «Zona de Ricitos de Oro» tienen temperaturas que permitirían la existencia de agua en forma líquida, siendo el agua líquida un elemento crucial para la vida tal como la conocemos en la Tierra.
A principios de este año, investigadores dirigidos por Charles Cadieux, estudiante de doctorado en el Instituto Trottier de Investigación sobre Exoplanetas (iREx) de la UdeM, supervisado por el profesor René Doyon, informaron nuevas estimaciones de masa y radio para LHS 1140 b con una precisión excepcional, comparable a las de los conocidos planetas TRAPPIST-1: 1,7 veces el tamaño de la Tierra y 5,6 veces su masa.
Una de las preguntas críticas sobre LHS 1140 b era si se trata de un exoplaneta tipo mini-Neptuno (un pequeño gigante gaseoso con una atmósfera espesa rica en hidrógeno) o una supertierra (un planeta rocoso más grande que la Tierra). Este último escenario incluía la posibilidad de un llamado «mundo Hycean» con un océano líquido global envuelto por una atmósfera rica en hidrógeno que exhibiría una señal atmosférica distintiva que podría observarse utilizando el poderoso Telescopio Webb.
Nuevos conocimientos a partir de los datos de Webb
A través de un proceso extremadamente competitivo, el equipo de astrónomos obtuvo un valioso «tiempo discrecional del director» (DDT) en Webb el pasado mes de diciembre, durante el cual se observaron dos tránsitos de LHS 1140 b con el instrumento NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph), construido en Canadá. Este programa DDT es sólo el segundo dedicado al estudio de exoplanetas en los casi dos años de operaciones de Webb, lo que subraya la importancia y el impacto potencial de estos hallazgos.
El análisis de estas observaciones excluyó rotundamente el escenario de un mini-Neptuno, con pruebas tentadoras que sugieren que el exoplaneta LHS 1140 b es una supertierra que incluso podría tener una atmósfera rica en nitrógeno. Si se confirma este resultado, LHS 1140 b sería el primer planeta templado en mostrar evidencia de una atmósfera secundaria, formada después de la formación inicial del planeta.
Las estimaciones basadas en todos los datos acumulados revelan que LHS 1140 b es menos denso de lo esperado para un planeta rocoso con una composición similar a la de la Tierra, lo que sugiere que entre el 10 y el 20 por ciento de su masa puede estar compuesta de agua. Este descubrimiento indica que LHS 1140 b es un mundo acuático atractivo, probablemente parecido a un planeta con forma de bola de nieve o de hielo con un océano líquido potencial en el punto subestelar, el área de la superficie del planeta que siempre estaría de cara a la estrella anfitriona del sistema debido a la rotación sincrónica esperada del planeta (muy similar a la Luna de la Tierra).
«De todos los exoplanetas templados conocidos hasta el momento, LHS 1140 b podría ser nuestra mejor apuesta para algún día confirmar indirectamente la existencia de agua líquida en la superficie de un mundo alienígena más allá de nuestro Sistema Solar», afirmó Cadieux, autor principal del nuevo estudio. «Esto sería un hito importante en la búsqueda de exoplanetas potencialmente habitables».
Posible presencia de una atmósfera y un océano
Aunque todavía es sólo un resultado provisional, la presencia de una atmósfera rica en nitrógeno en LHS 1140 b sugeriría que el planeta ha conservado una atmósfera sustancial, creando condiciones que podrían sustentar agua líquida. Este descubrimiento favorece el escenario de un mundo acuático/bola de nieve como el más plausible.
Los modelos actuales indican que si LHS 1140 b tiene una atmósfera similar a la de la Tierra, sería un planeta con forma de bola de nieve y un vasto océano en forma de “ojo de buey” de unos 4.000 kilómetros de diámetro, equivalente a la mitad de la superficie del océano Atlántico. La temperatura superficial en el centro de este océano alienígena podría incluso alcanzar unos confortables 20 grados Celsius.
La atmósfera potencial de LHS 1140 b y sus condiciones favorables para el agua líquida lo convierten en un candidato excepcional para futuros estudios de habitabilidad. Este planeta ofrece una oportunidad única para estudiar un mundo que podría albergar vida, dada su posición en la zona habitable de su estrella y la probabilidad de que tenga una atmósfera que pueda retener el calor y mantener un clima estable.
Varios años de observación por delante
Para confirmar la presencia y la composición de la atmósfera de LHS 1140 b y discernir entre los escenarios de planeta bola de nieve y planeta océano en forma de diana, se requieren más observaciones. El equipo de investigación ha enfatizado la necesidad de realizar mediciones adicionales de tránsitos y eclipses con el Telescopio Webb, centrándose en una señal específica que podría revelar la presencia de dióxido de carbono. Esta característica es crucial para comprender la composición atmosférica y detectar posibles gases de efecto invernadero que podrían indicar condiciones habitables en el exoplaneta.
«Detectar una atmósfera similar a la de la Tierra en un planeta templado está llevando las capacidades del telescopio Webb al límite. Es factible, sólo necesitamos mucho tiempo de observación», dijo Doyon, quien también es el investigador principal del instrumento NIRISS. «El indicio actual de una atmósfera rica en nitrógeno exige confirmación con más datos. Necesitamos al menos un año más de observaciones para confirmar que LHS 1140 b tiene una atmósfera, y probablemente dos o tres más para detectar dióxido de carbono». Según Doyon, el telescopio Webb probablemente tendrá que observar este sistema en cada oportunidad posible durante varios años para determinar si LHS 1140 b tiene condiciones de superficie habitables.
Dada la limitada visibilidad de LHS 1140 b con Webb (sólo son posibles un máximo de ocho visitas por año), los astrónomos necesitarán varios años de observaciones para detectar dióxido de carbono y confirmar la presencia de agua líquida en la superficie del planeta.