Un nuevo estudio con datos del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA proporciona una visión rara de las condiciones en la superficie de un planeta rocoso que orbita una estrella más allá del Sol. El estudio muestra que la superficie del planeta puede parecerse a la de la Luna de la Tierra o a la de Mercurio: es probable que el planeta tenga poca o ninguna atmósfera y podría cubrirse con el mismo material volcánico enfriado que se encuentra en las áreas oscuras de la superficie de la Luna, llamadas mare.
Descubierto en 2018 por la misión TESS de la NASA, el planeta LHS 3844b se encuentra a 48,6 años luz de la Tierra y tiene un radio 1,3 veces mayor que el de la Tierra. Orbita alrededor de un tipo de estrella pequeña y fría llamada enana M, especialmente notable porque, como el tipo de estrella más común y longevo en la galaxia de la Vía Láctea, las enanas M pueden albergar un alto porcentaje del número total de planetas en la galaxia.
TESS descubrió el planeta a través del método de tránsito, que implica detectar cuándo la luz observada de una estrella madre se atenúa debido a un planeta que orbita entre la estrella y la Tierra. Detectar la luz que proviene directamente de la superficie de un planeta, otro método, es difícil porque la estrella es mucho más brillante y ahoga la luz del planeta.
Pero durante las observaciones de seguimiento, Spitzer pudo detectar la luz de la superficie de LHS 3844b. El planeta hace una orbita completa alrededor de su estrella madre en solo 11 horas. Con una órbita tan apretada, es muy probable que LHS 3844b esté «bloqueado por la marea», que es cuando un lado de un planeta se enfrenta permanentemente a la estrella. El lado de la estrella, o el lado del día, registra aproximadamente 770 grados Celsius. Al estar extremadamente caliente, el planeta irradia mucha luz infrarroja, y Spitzer es un telescopio infrarrojo. La estrella madre del planeta es relativamente fría (aunque todavía mucho más caliente que el planeta), lo que hace posible la observación directa del lado del día de LHS 3844b.
Esta observación marca la primera vez que los datos de Spitzer han podido proporcionar información sobre la atmósfera de un mundo terrestre alrededor de una enana M.
Al medir la diferencia de temperatura entre los lados frío y caliente del planeta, el equipo descubrió que hay una cantidad insignificante de calor que se transfiere entre los dos. Si hubiera una atmósfera presente, el aire caliente en el lado del día se expandiría naturalmente, generando vientos que transferirían calor alrededor del planeta. En un mundo rocoso con poca o ninguna atmósfera, como la Luna, no hay aire presente para transferir calor.
Comprender los factores que podrían preservar o destruir atmósferas planetarias es parte de cómo los científicos planean buscar entornos habitables más allá de nuestro sistema solar. La atmósfera de la Tierra es la razón por la cual el agua líquida puede existir en la superficie, permitiendo que la vida prospere. Por otro lado, la presión atmosférica de Marte es ahora menos del 1% de la de la Tierra, y los océanos y ríos que alguna vez salpicaron la superficie del Planeta Rojo han desaparecido.
«Tenemos muchas teorías sobre cómo les va a las atmósferas planetarias alrededor de las enanas M, pero no hemos podido estudiarlas empíricamente», dijo Laura Kreidberg, investigadora del Centro de Astrofísica Harvard y Smithsonian en Cambridge, Massachusetts, y autora principal del nuevo estudio. «Ahora, con LHS 3844b, tenemos un planeta terrestre fuera de nuestro sistema solar donde, por primera vez, podemos determinar observacionalmente que una atmósfera no está presente».
En comparación con las estrellas similares al Sol, las enanas M emiten altos niveles de luz ultravioleta (aunque menos luz en general), que es perjudicial para la vida y puede erosionar la atmósfera de un planeta. Son particularmente violentos en su juventud, eructan una gran cantidad de bengalas o estallidos de radiación y partículas que podrían eliminar las atmósferas planetarias emergentes.
Las observaciones de Spitzer descartan una atmósfera con más de 10 veces la presión de la Tierra. (Medido en unidades llamadas bares, la presión atmosférica de la Tierra al nivel del mar es de aproximadamente 1 bar). Una atmósfera entre 1 y 10 bares en LHS 3844b también se ha descartado casi por completo, aunque los autores señalan que existe una pequeña posibilidad de que pueda existir si las propiedades estelares y planetarias cumpliesen algunos criterios muy específicos e improbables. También argumentan que con el planeta tan cerca de una estrella, una atmósfera delgada sería eliminada por la intensa radiación y la salida de material de la estrella (a menudo llamados vientos estelares).
«Todavía tengo la esperanza de que otros planetas alrededor de enanas M puedan mantener sus atmósferas», dijo Kreidberg. «Los planetas terrestres en nuestro sistema solar son enormemente diversos, y espero que lo mismo sea cierto para los sistemas de exoplanetas».
Spitzer y el Telescopio Espacial Hubble de la NASA han reunido información sobre las atmósferas de múltiples planetas gaseosos, pero LHS 3844b parece ser el planeta más pequeño para el que los científicos han utilizado la luz que proviene de su superficie para conocer su atmósfera (o falta de ella). Spitzer ya utilizó previamente el método de tránsito para estudiar los siete mundos rocosos alrededor de la estrella TRAPPIST-1 (también una enana M) y conocer su posible composición general; por ejemplo, algunos de ellos probablemente contienen hielo de agua.
Los autores del nuevo estudio fueron un paso más allá, utilizando el albedo de superficie de LHS 3844b (o su capacidad de reflexión) para tratar de inferir su composición.
El estudio muestra que LHS 3844b es «bastante oscuro», según el coautor Renyu Hu, un científico de exoplanetas en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, que administra el Telescopio Espacial Spitzer. Él y sus coautores creen que el planeta está cubierto de basalto, una especie de roca volcánica. «Sabemos que los mares de la Luna está formada por el antiguo vulcanismo», dijo Hu, «y creemos que esto podría ser lo que sucedió en este planeta».
