Un planeta rocoso situado a casi 50 años luz de distancia parece carecer de atmósfera, ser oscuro y estar cubierto de roca volcánica o erosionada, según nuevas observaciones del telescopio espacial James Webb. Esta es la primera vez que los astrónomos obtienen detalles sobre la superficie de un planeta rocoso fuera de nuestro sistema solar.
El planeta LHS 3844 b no es habitable. Es aproximadamente un 30% más grande que la Tierra, orbita su estrella cada 11 horas y tiene un lado permanentemente orientado hacia el Sol, con una temperatura de unos 725°C.
Utilizando el instrumento de infrarrojo medio del telescopio espacial James Webb (JWST), los investigadores midieron el calor que emanaba del lado diurno del planeta mientras pasaba por detrás de su estrella. Ese resplandor sugiere un mundo árido, más parecido a Mercurio o la Luna que a la Tierra, sin una atmósfera sustancial y sin rastro de una corteza rica en granito similar a la de nuestro planeta.
“Gracias a la asombrosa sensibilidad del JWST, podemos detectar luz proveniente directamente de la superficie de este distante planeta rocoso”, declaró Laura Kreidberg, investigadora principal de las observaciones, en el comunicado de prensa del MPIA. “Vemos una roca oscura, caliente y estéril, desprovista de atmósfera”.
Estos asombrosos hallazgos marcan un punto de inflexión en la ciencia de los exoplanetas. En la década de 1990, los astrónomos se alegraban de identificar planetas lejanos fuera del sistema solar. Luego, comenzaron a perfeccionar instrumentos y técnicas que les permitieron obtener información sobre estos exoplanetas, como su masa, densidad e incluso la composición de algunas de sus atmósferas. Ahora, estamos entrando en una era en la que los científicos pueden inferir la geología de mundos distantes.
Un planeta que nunca se da la vuelta
LHS 3844 b es una supertierra aproximadamente un 30% más grande que nuestro planeta. Orbita una fría estrella enana roja a tan solo 48,5 años luz de distancia. Pero “Tierra” quizás no sea la etiqueta más adecuada. Este no es un mundo templado.
El planeta orbita alrededor de su estrella una vez cada 11 horas. Su órbita es tan cercana que siempre muestra la misma cara, mientras que la opuesta permanece en la oscuridad. Su cara iluminada alcanza unos 1000 Kelvin, o aproximadamente 725°C. Esta temperatura es suficiente para que la superficie brille intensamente en luz infrarroja, pero probablemente no lo suficiente como para convertirla en un mar de lava global.
Ese calor convirtió a LHS 3844 b en un objetivo excepcionalmente bueno para el JWST. Los astrónomos no podían ver directamente valles, llanuras, volcanes ni cráteres. En cambio, observaron la luz combinada de la estrella y el planeta mientras este último se ocultaba tras la estrella.
Este fenómeno se denomina eclipse secundario. Cuando el planeta desaparece tras su sol, una pequeña cantidad de luz infrarroja también se desvanece. Esa luz que falta es el brillo del propio planeta.
En 2023 y 2024, el equipo observó tres eclipses de este tipo con el instrumento de infrarrojo medio (MIRI) del telescopio espacial James Webb (JWST). El instrumento midió la emisión térmica en el rango de 5 a 12 micrómetros, dividida en 12 intervalos de longitud de onda. Los investigadores también utilizaron una medición previa del telescopio espacial Spitzer en longitudes de onda infrarrojas más cortas.
La señal del eclipse fue débil pero clara. La disminución fue mínima —tan solo 696 partes por millón, o aproximadamente un 0,07%—, pero el JWST la midió con tanta precisión que la señal se mantuvo muy por encima del ruido. El espectro combinado del JWST y el Spitzer se ajusta a un cuerpo negro de 1000 Kelvin prácticamente sin rasgos distintivos, lo que en el lenguaje de los astrónomos significa una superficie que se ve oscura y caliente en lugar de reflectante o envuelta en atmósfera.
Leyendo rocas del calor
Lo ingenioso es lo que vino después. Las distintas rocas emiten y reflejan la luz infrarroja de maneras diferentes. Una superficie rica en granito no se parece del todo al basalto. El polvo fino no se comporta como una losa sólida. Una superficie rugosa y erosionada difiere de una superficie nueva.
Así pues, el equipo comparó el espectro del planeta con mediciones de laboratorio y modelos de rocas y minerales de la Tierra, la Luna y Marte. Analizaron placas sólidas, material triturado gruesamente y polvos finos. La respuesta no se parecía a la de la Tierra.
El granito, la roca de color claro común en la corteza continental terrestre, no encajaba bien. En la comparación de modelos del artículo, una muestra de granito “oro de Orlando” fue descartada con una desviación estándar de aproximadamente 8,9. Ni siquiera una intensa erosión espacial logró que una superficie de granito se ajustara bien a los datos.
El granito no es solo una roca. En la Tierra, su abundancia está ligada a largos procesos geológicos, la tectónica de placas y el agua. Los continentes terrestres son producto de una compleja maquinaria planetaria que funde, vuelve a fundir, clasifica y eleva los minerales más ligeros hacia la superficie a lo largo de vastos periodos de tiempo. LHS 3844 b no muestra ningún indicio de ese tipo de superficie.
“Dado que LHS 3844 b carece de una corteza de silicatos, se puede concluir que la tectónica de placas similar a la de la Tierra no se aplica a este planeta, o que resulta ineficaz”, afirmó el autor principal, Sebastian Zieba, del Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian en Massachusetts. “Es probable que este planeta contenga muy poca agua”.
Las rocas más oscuras, ricas en hierro y magnesio, fueron las que mejor se ajustaron. El basalto, la roca volcánica que compone gran parte de los mares oscuros de la Luna y la corteza oceánica de la Tierra, funcionó bien. Lo mismo ocurrió con las rocas ultramáficas ricas en olivino, que se asemejan al material del manto. La superficie que mejor se ajustó en un conjunto de modelos fue la clinopiroxenita olivínica, una roca ultramáfica. Una muestra de basalto de la erupción del Kilauea de 1919 también coincidió con las observaciones. En pocas palabras, el JWST observó algo más parecido a roca volcánica o material rico en manto que a corteza continental.
¿Lava fresca o polvo ancestral?
Pero hay un inconveniente. Los datos apuntan a una superficie oscura, pero aún no revelan si esa oscuridad proviene de roca sólida reciente o de material antiguo erosionado y oscurecido por el espacio.
En mundos sin atmósfera, la erosión espacial nunca cesa. Los micrometeoritos impactan la superficie. La radiación de la estrella anfitriona bombardea la roca expuesta. Con el tiempo, la roca dura puede descomponerse en regolito: el material fino y polvoriento que recordamos de las huellas de las botas del Apolo en la Luna.
Ese proceso también puede oscurecer la superficie. En la Luna y Mercurio, diminutas partículas de hierro producidas por impactos y la radiación del viento solar contribuyen a oscurecer la superficie. El carbono también puede oscurecer los cuerpos sin atmósfera.
“Resulta que estos procesos no solo disuelven lentamente las rocas duras hasta convertirlas en regolito, una capa de granos finos o polvo como la que se encuentra en la Luna”, explicó Zieba. “También oscurecen la capa al añadir hierro y carbono, lo que hace que las propiedades del regolito sean más coherentes con las observaciones”.
Así pues, a los astrónomos les quedan dos escenarios. En el primer caso, LHS 3844 b presenta una superficie relativamente fresca de roca sólida oscura. Esto podría indicar una reciente reactivación volcánica, donde la lava se extendió por grandes regiones y aún no se había pulverizado.
En el segundo caso, el planeta es antiguo y geológicamente inactivo, cubierto por un regolito oscurecido acumulado durante largos períodos. Eso lo acercaría más a Mercurio o a la Luna. En este momento, ambas posibilidades pueden explicar las observaciones.
El gas volcánico desaparecido
Así pues, el equipo intentó romper el empate buscando gases volcánicos. Si LHS 3844 b hubiera experimentado vulcanismo generalizado recientemente, podría liberar gases como dióxido de carbono o dióxido de azufre. El instrumento de infrarrojo medio (MIRI) del JWST resulta especialmente útil en este caso, ya que el dióxido de azufre puede generar intensas características infrarrojas. Los investigadores modelaron posibles atmósferas con dióxido de carbono u oxígeno como gases de fondo y diferentes cantidades de dióxido de azufre. El JWST no encontró ninguna señal convincente de su presencia.
Eso no prueba necesariamente que el planeta esté volcánicamente muerto. Los gases volcánicos podrían congelarse en el lado nocturno frío. Una atmósfera delgada y transitoria podría aparecer y desaparecer. El modelo también presupone la ausencia de nubes y un tipo particular de estructura de temperatura atmosférica.
Sin embargo, la ausencia de gases volcánicos acumulados debilita la hipótesis de una actividad reciente a gran escala. Por ahora, la imagen de una superficie erosionada más antigua parece más probable. Eso significaría que el mundo de LHS 3844 ba estaría moldeado menos por los océanos, los continentes y el reciclaje activo de las placas tectónicas, y más por la radiación, los impactos y el tiempo.
Un nuevo tipo de ciencia de los exoplanetas
Este es el punto clave. El JWST no sólo ayuda a los astrónomos a determinar si los planetas rocosos pequeños tienen atmósferas, sino que también comienza a clasificarlos según el tipo de superficie.
Eso supone un gran cambio. La mayoría de los exoplanetas aún se conocen solo por su tamaño, masa, órbita y, tal vez, una estimación aproximada de su temperatura. Un planeta puede ser considerado “rocoso” porque su densidad sugiere la presencia de roca y metal, pero eso nos dice poco sobre el tipo de roca que se encuentra en su superficie.
LHS 3844 b muestra una posible vía de investigación. Los astrónomos pueden usar la luz térmica para comprobar si un planeta tiene una corteza reflectante, una superficie basáltica, un regolito pulverulento o gases que indiquen actividad volcánica.
Este método no funcionará para todos los planetas. LHS 3844 b es inusualmente caliente, cercano y propicio para estas mediciones. Sin embargo, demuestra que la geología de los exoplanetas ha pasado de la teoría a la observación.
Ya hay más novedades. El equipo ha obtenido observaciones adicionales del JWST diseñadas para distinguir la roca sólida del polvo, estudiando cómo el planeta emite luz en diferentes ángulos de visión. Se utilizan técnicas similares para estudiar asteroides en nuestro propio sistema solar.
“Confiamos en que la misma técnica nos permitirá esclarecer la naturaleza de la corteza de LHS 3844 b y, en el futuro, de otros exoplanetas rocosos”, dijo Kreidberg.
Los hallazgos aparecieron en la revista Nature Astronomy.
Fuente: ZME Science.
