Un equipo internacional de astrónomos dirigido por la Université de Montréal ha hecho un emocionante descubrimiento sobre el exoplaneta templado LHS 1140 b: podría ser una “super-Tierra” prometedora 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 previos de otros telescopios espaciales como Spitzer, Hubble y TESS, los científicos han llegado a una conclusión muy diferente.
Ubicado a unos 48 años luz de la Tierra en la constelación Cetus, LHS 1140 b parece ser uno de los exoplanetas más prometedores en la zona habitable de su estrella, potencialmente albergando una atmósfera e incluso un océano de agua líquida. Los resultados de este descubrimiento de los astrónomos de la Université de Montréal están disponibles en ArXiv y pronto se publicarán en The Astrophysical Journal Letters.
Un exoplaneta en la zona ‘Ricitos de Oro’
LHS 1140 b, un exoplaneta que orbita una estrella enana roja de baja masa, 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 encontrados en esta “zona Ricitos de Oro” tienen temperaturas que permitirían que el agua existiera en ellos en forma líquida; el agua líquida es un elemento crucial para la vida tal como la conocemos en la Tierra.
A principios de este año, investigadores dirigidos por Charles Cadieux, un estudiante de doctorado en el Instituto Trottier de Investigación de 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 clave 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 super-Tierra (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 en una atmósfera rica en hidrógeno que exhibiría una señal atmosférica distintiva que podría observarse utilizando el poderoso Telescopio Webb.
Nuevas perspectivas 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 en diciembre pasado, 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 solo 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 fuertemente el escenario mini-Neptuno, con evidencia tentadora que sugiere que el exoplaneta LHS 1140 b es una super-Tierra que incluso puede 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 que se esperaba para un planeta rocoso con una composición similar a la de la Tierra, lo que sugiere que del 10 al 20 por ciento de su masa puede estar compuesta de agua. Este descubrimiento apunta a que LHS 1140 b es un mundo acuático convincente, probablemente parecido a una bola de nieve o un planeta helado con un posible océano líquido en el punto subestelar, el área de la superficie del planeta que siempre estaría orientada hacia la estrella anfitriona del sistema debido a la rotación síncrona esperada del planeta (muy parecido a la Luna de la Tierra).
“De todos los exoplanetas templados conocidos actualmente, LHS 1140 b bien podría ser nuestra mejor apuesta para confirmar indirectamente el agua líquida en la superficie de un mundo alienígena más allá de nuestro Sistema Solar”, dijo Cadieux, autor principal del nuevo estudio. “Este sería un hito importante en la búsqueda de exoplanetas potencialmente habitables”.
Posible presencia de una atmósfera y un océano
Si bien sigue siendo un resultado tentativo, 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 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 bola de nieve con un vasto océano “ojo de buey” que mide 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 incluso podría ser de 20 grados Celsius.
La posible atmósfera de LHS 1140 b y las 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 puede retener el calor y mantener un clima estable.
Varios años de observación por delante
Confirmar la presencia y composición de la atmósfera de LHS 1140 b y discernir entre los escenarios de planeta bola de nieve y planeta océano ojo de buey requiere observaciones adicionales. El equipo de investigación ha destacado la necesidad de medidas adicionales de tránsito y eclipse 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 de Webb al límite; es factible; solo necesitamos mucho tiempo de observación”, dijo Doyon, quien también es el investigador principal del instrumento NIRISS. “La pista actual de una atmósfera rica en nitrógeno pide 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 superficiales habitables.
Dado que la visibilidad limitada de LHS 1140 b con Webb, un máximo de solo ocho visitas por año son posibles, los astrónomos necesitarán varios años de observaciones para detectar dióxido de carbono y confirmar la presencia de agua líquida en la superficie del planeta.
Acerca de este estudio
“Espectroscopia de transmisión del exoplaneta de zona habitable LHS 1140 b con JWST/NIRISS”, por Charles Cadieux et al, fue publicado en ArXiv el 21 de junio de 2024 y pronto se publicará en Astrophysical Journal Letters. Cadieux es un estudiante de doctorado en el Instituto Trottier de Investigación de Exoplanetas (iREx) de la Université de Montréal.
Otros investigadores de iREx que contribuyeron a este artículo son René Doyon (UdeM), Étienne Artigau (UdeM), Olivia Lim (UdeM), Michael Radica (UdeM), Salma Salhi (UdeM), Lisa Dang (UdeM), Loïc Albert (UdeM), Louis-Philippe Coulombe (UdeM), Nicolas Cowan (McGill), David Lafrenière (UdeM), Alexandrine L’Heureux (UdeM), Caroline Piaulet-Ghorayeb (UdeM), Björn Benneke (UdeM), Neil Cook (UdeM), y Marylou Fournier-Tondreau (UdeM y Universidad de Oxford). Los colaboradores adicionales están ubicados en la Universidad de Michigan, el Centre national de recherche scientifique (Francia), el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, la Universidad Americana, la Universidad de McGill, la Universidad McMaster y la Universidad de Toronto. Cadieux y el equipo de la UdeM agradecen el apoyo financiero de la Agencia Espacial Canadiense para este estudio.
Título del artículo
Espectroscopia de transmisión del exoplaneta de zona habitable LHS 1140 b con JWST/NIRISS
