Un nuevo estudio realizado por un equipo internacional de astrónomos, utilizando datos del Telescopio Espacial James Webb de la Nasa/ESA/CSA, ha revelado la presencia de moléculas portadoras de carbono, incluyendo metano y dióxido de carbono, en la atmósfera de K2-18 b, un exoplaneta con una masa 8,6 veces mayor que la de la Tierra. Este hallazgo se suma a investigaciones recientes que sugieren que K2-18 b podría ser un exoplaneta Hycean, uno que tiene el potencial de poseer una atmósfera rica en hidrógeno y una superficie cubierta por un océano de agua.
La primera visión de las propiedades atmosféricas de este exoplaneta en la zona habitable provino de observaciones realizadas con el Telescopio Espacial Hubble de la Nasa/ESA, lo que llevó a estudios adicionales que han cambiado la comprensión del sistema. Nuevas observaciones se realizaron con el instrumento NIRISS contribuido por Canadá y NIRSpec contribuido por Europa a bordo del Telescopio Espacial James Webb de la Nasa/ESA/CSA.
K2-18 b orbita alrededor de la enana roja fría K2-18 en la zona habitable y se encuentra a 120 años luz de la Tierra, en la constelación de Leo. Exoplanetas como K2-18 b, que tienen tamaños entre los de la Tierra y Neptuno, son diferentes a cualquier cosa en nuestro Sistema Solar. Esta falta de planetas análogos cercanos significa que estos «sub-Neptunos» son poco comprendidos y la naturaleza de sus atmósferas es motivo de debate activo entre los astrónomos. La sugerencia de que el sub-Neptuno 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 entornos habitables diversos en la búsqueda de vida en otros lugares», explicó Nikku Madhusudhan, astrónomo de la Universidad de Cambridge y autor principal del estudio que anunció 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 adecuados para observaciones atmosféricas».
La abundancia de metano y dióxido de carbono y la escasez de amoníaco, respaldan la hipótesis de que puede haber un océano debajo de una atmósfera rica en hidrógeno en K2-18 b. Estas observaciones iniciales también proporcionaron una posible detección de una molécula llamada dimetil sulfuro (DMS). En la Tierra, esta molécula solo es producida por organismos vivos. La mayor parte del DMS en la atmósfera terrestre proviene del fitoplancton en ambientes marinos.
La inferencia de DMS es menos sólida y requiere una validación adicional. «Las próximas observaciones con Webb deberían poder confirmar si el 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 portadoras de carbono, esto no necesariamente significa que el planeta pueda soportar vida. El gran tamaño del planeta, con un radio 2,6 veces mayor que el de la Tierra, sugiere que su interior probablemente contiene un gran manto de hielo de alta presión, similar a Neptuno, pero con una atmósfera rica en hidrógeno más delgada y una superficie oceánica. Se predice que los mundos Hycean tienen océanos de agua. Sin embargo, también es posible que el océano sea demasiado cálido para ser habitable o incluso líquido.
«Aunque este tipo de planeta no existe en nuestro sistema solar, los sub-Neptunos son el tipo de planeta más común conocido hasta ahora en la galaxia», explicó Subhajit Sarkar, miembro del equipo de la Universidad de Cardiff. «Hemos obtenido el espectro más detallado de un sub-Neptuno en la zona habitable hasta la fecha, lo que nos permitió 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 la astronomía. Sin embargo, estos planetas quedan eclipsados, literalmente, por el resplandor de sus estrellas madre mucho más grandes, lo que hace que explorar las atmósferas de exoplanetas sea particularmente desafiante.
El equipo evitó este desafío analizando la luz de la estrella madre de K2-18 b a medida que pasaba a través de la atmósfera del exoplaneta. K2-18 b es un exoplaneta en tránsito, lo que significa que se puede detectar una disminución en su brillo cuando cruza el disco de su estrella anfitriona. Esto es cómo se descubrió por primera vez el exoplaneta. Durante los tránsitos, una pequeña fracción de la luz estelar pasará a través de la atmósfera del exoplaneta antes de llegar a telescopios como Webb. El paso de la luz estelar 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 solo fue posible gracias al rango de longitudes de onda extendido y la sensibilidad sin precedentes de Webb, que permitió la detección sólida de características espectrales con solo dos tránsitos», continuó Madhusudhan. «En comparación, una observación de tránsito con Webb proporcionó una precisión comparable a ocho observaciones con Hubble realizadas durante varios años y en un rango de longitudes de onda relativamente estrecho».
«Estos resultados son el producto de solo dos observaciones de K2-18 b, con muchas más en camino», explicó Savvas Constantinou, miembro del equipo de la Universidad de Cambridge. «Esto significa que nuestro trabajo aquí es solo una primera demostración de lo que Webb puede observar en exoplanetas en la zona habitable».
El equipo tiene la intención de realizar investigaciones de seguimiento con el espectrógrafo Mid-InfraRed Instrument (MIRI) del telescopio, lo que esperan validará aún más sus descubrimientos y proporcionará 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».
