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Investigan la superficie de los exoplanetas para determinar si pueden albergar vida

Investigan la superficie de los exoplanetas para determinar si pueden albergar vida
El estudio del MIT y el Caltech se ha llevado a cabo empleando algunos de los datos obtenidos por la Misión Kepler.

Con el objetivo de entender mejor la composición de los exoplanetas rocosos, un grupo de investigadores ha propuesto un método para identificar las marcas químicas de los materiales de su superficie. Una mejor comprensión de la composición de la superficie de los exoplanetas ayudará a que los científicos puedan determinar el predominio de planetas como la Tierra en nuestra galaxia y que, además de estudiar su historia geológica, puedan indicar si serían aptos para albergar vida.

Numerosos planetas rocosos como la Tierra han sido descubiertos en los viajes de reconocimiento como el de la Mission Kepler. Para todos los que estén familiarizados con el tránsito de Venus del año pasado, el paso de estos exoplanetas funciona igual: un exoplaneta cruza por delante de su estrella madre y es registrada por los observatorios de la Tierra. Comparando la cantidad de luz estelar que el planeta en tránsito bloquea y la luz estelar emitida diariamente por la estrella receptora, los astrónomos pueden determinar el radio de este planeta de paso.

Misiones recientes han mostrado indicios de la existencia de exoplanetas con superficie rocosa, que los convertiría en similares a nuestros planetas “terrestres”, Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. De todos modos, un número de esos exoplanetas de superficie rocosa aparentemente no tienen una atmósfera significativa, como el Corot-7b, que orbita muy cerca de su estrella madre. El exoplaneta 55 Cancri e, que se estima que tiene aproximadamente dos veces el radio de la Tierra y unas ocho veces su masa, también podría ser un planeta rocoso, y quizás incluso esté compuesto por diamante.

El primer exoplaneta rocoso descubierto por la Misión Kepler es el Kepler 10b, con una masa aproximada de unas cuatro veces y media la de la Tierra. La Misión Kepler ha descubierto numerosos exoplanetas tipo ‘Súper Tierra’, que cuentan con masas superiores a la de la Tierra, pero inferiores a las de planetas como Neptuno. Debido en parte a su alta masa, los exoplanetas ‘Súper Tierra’ podrían ser rocosos o tener atmósferas gaseosas muy densas, como la de Neptuno.

Con el objetivo de entender mejor la composición de los exoplanetas terrestres, investigadores del MIT y del Caltech han propuesto un método para identificar las marcas químicas únicas de varios materiales de su superficie, estudiando para ello la porción infrarroja de su espectro electromagnético. Entender mejor la composición de la superficie de estos exoplanetas permitirá determinar cómo de predominantes son los planetas de características similares a las de la Tierra en nuestra galaxia.

“Buscar planetas como la Tierra es un empeño clave compartido por muchos astrónomos y buena parte de la comunidad científica”, explica Renyu Hu, miembro del MIT y líder del proyecto. Mientras que el objetivo final podría ayudar a los investigadores en la búsqueda de exoplanetas como la Tierra, los métodos empleados apuntan a la localización de planetas rocosos sin atmósfera. Teniendo objetos similares en nuestro sistema solar, especialmente la Luna, Marte y Mercurio, el equipo podría comparar minerales detectados aquí con las marcas químicas de los exoplanetas rocosos.

El equipo propone analizar los exoplanetas en la porción infrarroja del espectro electromagnético para determinar la composición de su superficie. El objeto ideal del estudio según sus métodos es un exoplaneta que pase por su estrella de referencia. Aunque, con la tecnología actual, el equipo advierte de que determinar la composición de la superficie del exoplaneta es un proceso muy diferente del de estudiar a su contraparte en el sistema solar. Estas limitaciones tecnológicas hacen que los científicos propongan concentrarse en las marcas de los minerales más importantes detectados. El miembro del Jet Propulsion Laboratory de la NASA Mark Swain, que no forma parte del equipo investigador, asegura que preferiría “descubrir signos de vida antes que hacer descubrimientos atmosféricos”.

Centrando su método en exoplanetas rocosos sin atmósfera con temperaturas en su superficie por debajo de los 2.000 K, el equipo puede analizar la marca química única de diferentes materiales. Varios exoplanetas detectados por la Misión Kepler (Kepler-22b y Kepler-11b) podrían tener superficies de silicato, lo que los convertiría en candidatos ideales para este método. El equipo asegura que un alto número de los exoplanetas detectados por Kepler están a la distancia adecuada de su estrella de referencia como para tener una superficie rocosa.

“Nos proponemos determinar si un exoplaneta tiene superficie rocosa por medio de observaciones astronómicas, a través de la única emisión térmica típica de las rocas de silicato -desvela Hu-. Con el espectroscopio se pueden ‘ver’ literalmente las rocas, o de forma más precisa los regolitos planetarios”. Diferentes materiales de la superficie aportan una marca única en distintas longitudes de onda. Por ejemplo, en la visible y en el infrarrojo cercano, los minerales como el pyroxeno, la olivina y la hematita presentan una fuerte marca química. Minerales como la hematita tienen marcas muy evidentes en las ondas visible y ultravioleta y, adicionalmente, los materiales formados con agua muestran sus marcas en la onda del infrarrojo cercano.

“Varios tipos de superficie que pueden ser distinguidos observando la reflexión son las superficies ultramáficas (que indican la presencia de actividad volcánica en el planeta), las superficies arcillosas (que indican que en el pasado hubo agua líquida) y las superficies heladas –continúa Hu-. Comprender la composición de la superficie de un exoplaneta rocoso es una de los pasos clave para comprobar su habitabilidad y la disponibilidad de recursos naturales en el planeta”.

Leer las rocas

La utilización  de técnicas de análisis con infrarrojos ha permitido estudiar en detalle la composición de los objetos rocosos en el sistema solar. En nuestra Luna, la naturaleza basáltica de sus regiones oscuras, conocidas habitualmente como ‘mares’, indican que se formaron por erupciones volcánicas. A la inversa, las tierras altas son brillantes y su composición revela las formación de océanos de magma. Marte se distingue por fuertes marcas de hierro, que combinadas con su color rojizo, ayudan a determinar que el componente principal de su superficie es el mineral de hierro o hematita. Otras marcas sobre su superficie también destacan la presencia de pyroxeno y olivina. Las observaciones llevadas a cabo en Mercurio muestran similitudes con las tierras altas lunares, aunque datos más recientes y precisos conseguidos por la sonda espacial Messenger, que está orbitando a su alrededor, están cambiando esta percepción.

El equipo asegura que las superficies rocosas en los exoplanetas muestran marcas químicas únicas, junto con superficies volcánicas y heladas. Si un exoplaneta tiene una atmósfera delgada, podría facilitar marcas adicionales, especialmente si la citada atmósfera contiene vapor de agua, dióxido de carbono, metano o amonio. Los científicos también insisten en que sin un conocimiento previo de la atmósfera del planeta, será difícil determinar con exactitud la composición de su superficie.

“Una vez que se añade una atmósfera, desentrañar las señales se convierte en más trabajoso –puntualiza Swain-. Ordenar qué presencias no son insignificantes, y detectar esas características minerales en la presencia de características moleculares de la atmósfera del planeta puede ser todo un desafío. Muchos estudios en el futuro tenderán a explorar cómo se pueden separar las señales atmosféricas y las de la superficie. La clave para resolver esto vendrá dada por el empleo de amplias longitudes de onda y mediciones muy sensitivas. El equipo ha hecho un excelente trabajo señalando la importancia de ir hacia estos procedimientos”.

En contraste con la apariencia de la atmósfera en la composición de determinadas superficies, la climatología en el espacio puede alterar la composición química de la superficie en un planeta sin atmósfera. El bombardeo constante de una superficie por rayos cósmicos, vientos solares y micrometeoritos la puede oscurecer y enrojecerla.

Mientras las actuales bases de observación no posean el instrumental necesario para identificar las superficies de los exoplanetas, se cree que los telescopios espaciales, como el inminente James Webb Space Telescope, tendrán la capacidad para detectar las superficies rocosas en los planetas que orbiten en torno a estrellas como el Sol. Eventualmente, la imagen directa de los exoplanetas podría ser necesaria para determinar la composición exacta de sus superficies. Este dato ofrecerá un conocimiento más exhaustivo de su historia geológica y de las probabilidades de que pueda albergar vida.

“En un futuro lejano, la composición detallada de la superficie rocosa de un exoplaneta podrá ser investigada mediante la observación de la luz estelar reflejada por su superficie. Para hacer esto, es necesario obtener imágenes directas del objeto, lo que requiere de telescopios de base espacial con mucha potencia”, concluye Hu.

Crédito fotográfico: El Kepler-10b es un planeta quemado, que orbita a una distancia más de 20 veces más cercana que la de Mercurio con nuestro Sol. Se cree que la temperatura diurna está por encima de los 2.500 grados Fahrenheit, más caliente que la lava en la Tierra. Imagen cortesía de: Nasa/Kepler Mission/Dana Berry.
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