Una nueva investigación realizada por un equipo internacional de astrónomos utilizando datos del Telescopio Espacial James Webb de NASA/ESA/CSA sobre K2-18 b, un exoplaneta 8,6 veces más masivo que la Tierra, ha revelado la presencia de moléculas que contienen carbono, incluidos metano y carbono. dióxido. El descubrimiento se suma a estudios recientes que sugieren que K2-18 b podría ser un exoplaneta Hycean, que tiene el potencial de poseer una atmósfera rica en hidrógeno y una superficie cubierta de océanos de agua.
La primera comprensión de las propiedades atmosféricas de este exoplaneta de la zona habitable [1] provino de observaciones realizadas con el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA , que impulsaron nuevos estudios que desde entonces han cambiado nuestra comprensión del sistema. Se realizaron nuevas observaciones con el instrumento NIRISS, aportado por Canadá, y el instrumento NIRSpec, aportado por Europa, a bordo del telescopio espacial James Webb de NASA/ESA/CSA .
K2-18 b orbita la fría estrella enana K2-18 en la zona habitable y se encuentra a 120 años luz de la Tierra en la constelación de Leo. Los exoplanetas como K2-18 b, que tienen tamaños entre los de la Tierra y Neptuno, no se parecen a nada en nuestro Sistema Solar. Esta falta de planetas cercanos análogos significa que estos 'subneptunos' no se conocen bien y la naturaleza de sus atmósferas es un tema de debate activo entre los astrónomos. La sugerencia de que el subNeptuno K2-18 b podría ser un exoplaneta Hycean es intrigante, ya que algunos astrónomos creen que estos mundos son entornos prometedores para buscar evidencia de vida en exoplanetas.
"Nuestros hallazgos subrayan la importancia de considerar diversos entornos habitables en la búsqueda de vida en otros lugares", explicó Nikku Madhusudhan, astrónomo de la Universidad de Cambridge y autor principal del artículo que anuncia estos resultados. "Tradicionalmente, la búsqueda de vida en exoplanetas se ha centrado principalmente en planetas rocosos más pequeños, pero los mundos Hycean más grandes son significativamente más propicios para las observaciones atmosféricas".
La abundancia de metano y dióxido de carbono, y la escasez de amoníaco, apoyan la hipótesis de que puede haber un océano debajo de una atmósfera rica en hidrógeno en K2-18 b. Estas observaciones iniciales de Webb también proporcionaron una posible detección de una molécula llamada sulfuro de dimetilo (DMS). En la Tierra, esto sólo lo produce la vida. La mayor parte del DMS en la atmósfera terrestre es emitido por el fitoplancton en ambientes marinos.
La inferencia de DMS es menos sólida y requiere mayor validación. "Las próximas observaciones de Webb deberían poder confirmar si DMS está realmente presente en la atmósfera de K2-18 b en niveles significativos", explicó Madhusudhan.
Si bien K2-18 b se encuentra en la zona habitable y ahora se sabe que alberga moléculas que contienen carbono, esto no significa necesariamente que el planeta pueda albergar vida. El gran tamaño del planeta (con un radio 2,6 veces el radio de la Tierra) significa que el interior del planeta probablemente contenga un gran manto de hielo a alta presión, como Neptuno, pero con una atmósfera más delgada rica en hidrógeno y una superficie oceánica. Se predice que los mundos Hycean tendrán océanos de agua. Sin embargo, también es posible que el océano esté demasiado caliente para ser habitable o líquido.
"Aunque este tipo de planeta no existe en nuestro sistema solar, los subneptunos son el tipo de planeta más común conocido hasta ahora en la galaxia", explicó el miembro del equipo Subhajit Sarkar de la Universidad de Cardiff. "Hemos obtenido el espectro más detallado de un subNeptuno en la zona habitable hasta la fecha, lo que nos ha permitido determinar las moléculas que existen en su atmósfera.
Caracterizar las atmósferas de exoplanetas como K2-18 b (es decir, identificar sus gases y condiciones físicas) es un área muy activa en astronomía. Sin embargo, estos planetas se ven eclipsados –literalmente– por el resplandor de sus estrellas madre, mucho más grandes, lo que hace que explorar las atmósferas de los exoplanetas sea particularmente desafiante.
El equipo evitó este desafío analizando la luz de la estrella madre de K2-18 b a su paso por la atmósfera del exoplaneta. K2-18 b es un exoplaneta en tránsito, lo que significa que podemos detectar una caída en el brillo cuando pasa por la cara de su estrella anfitriona. Así se descubrió por primera vez el exoplaneta. Esto significa que durante los tránsitos una pequeña fracción de la luz de las estrellas atravesará la atmósfera del exoplaneta antes de llegar a telescopios como Webb. El paso de la luz de las estrellas a través de la atmósfera del exoplaneta deja rastros que los astrónomos pueden reconstruir para determinar los gases de la atmósfera del exoplaneta.
"Este resultado sólo fue posible gracias al rango extendido de longitudes de onda y la sensibilidad sin precedentes de Webb, que permitieron una detección sólida de características espectrales con sólo dos tránsitos", continuó Madhusudhan. "A modo de comparación, una observación de tránsito con Webb proporcionó una precisión comparable a ocho observaciones con el Hubble realizadas durante unos pocos años y en un rango de longitud de onda relativamente estrecho".
"Estos resultados son producto de sólo dos observaciones de K2-18 b, y hay muchas más en camino", explicó el miembro del equipo Savvas Constantinou de la Universidad de Cambridge. "Esto significa que nuestro trabajo aquí no es más que una demostración temprana de lo que Webb puede observar en exoplanetas de zonas habitables".
El equipo ahora tiene la intención de realizar investigaciones de seguimiento con el espectrógrafo del Instrumento de Infrarojo Medio ( MIRI ) del telescopio que esperan valide aún más sus hallazgos y proporcione nuevos conocimientos sobre las condiciones ambientales en K2-18 b.
"Nuestro objetivo final es la identificación de vida en un exoplaneta habitable, lo que transformaría nuestra comprensión de nuestro lugar en el Universo", concluyó Madhusudhan. "Nuestros hallazgos son un paso prometedor hacia una comprensión más profunda de los mundos Hycean en esta búsqueda".
Los resultados del equipo se aceptan para su publicación en The Astrophysical Journal Letters .https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Webb/Webb_discovers_methane_and_carbon_dioxide_in_atmosphere_of_K2-18_b
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