¿Océanos insondablemente profundos en mundos de agua extraños?

Concepto artístico de un exoplaneta del mundo del agua como se describe en un nuevo estudio. Si existen, estos mundos de aguas distantes podrían tener océanos globales mucho, mucho más profundos que ninguno en nuestro sistema solar. Imagen vía NASA / JPL-Caltech.

Los mundos acuáticos (planetas o lunas con océanos globales) solían considerarse parte de la ciencia ficción, pero ahora estamos empezando a aprender que, no solo existen, sino que en realidad podrían ser bastante comunes. En nuestro propio sistema solar, se sabe o se sospecha que las lunas de Europa, Encelado, Titán y Ganímedes tienen tales océanos debajo de su corteza de hielo exterior. ¡Incluso se piensa que Plutón tiene uno! Quizás otros mundos en nuestro sistema solar tengan agua que aún no hemos encontrado. Los científicos también piensan que se están acercando a encontrar exoplanetas, planetas que orbitan alrededor de estrellas distantes, que también son mundos de agua, incluidos los planetas con océanos globales o casi globales en sus superficies.

Ahora, un nuevo estudio sugiere que algunos mundos de agua de exoplanetas podrían tener océanos mucho más profundos que ninguno en nuestro sistema solar. Insondablemente profundo, incluso, como en cientos o miles de millas de profundidad. La nueva investigación fue publicada en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS) el 29 de abril de 2019, por el astrónomo Li Zeng de la Universidad de Harvard y sus colegas. Zeng explicó que, según las simulaciones por computadora del equipo, algunos planetas pueden tener océanos increíblemente profundos:

Cientos o miles de kilómetros ... Insondable. Sin fondo. Muy profundo.

Los océanos de la Tierra no son tan profundos. La profundidad media del océano en la Tierra es de aproximadamente 2.2 millas (3.5 km). La profundidad máxima es de 6.8 millas (unos 11 km) en el fondo de la Fosa de las Marianas.

Los datos que el equipo reunió de sus simulaciones por computadora sugieren que los mundos de agua son probablemente comunes en nuestra galaxia, particularmente en planetas del tamaño de Neptuno, o mini Neptunas, que tienen radios de dos a cuatro veces mayores que los de la Tierra pero son más pequeños que Neptuno. Es más probable que estos planetas tengan océanos globales profundos, en lugar de atmósferas espesas como enanos gaseosos, gigantes de hielo o gigantes gaseosos. Lunas como Europa y Encelado tienen océanos subterráneos profundos, para su tamaño, pero todavía no son tan profundos como los océanos que existirían en los mundos sub-Neptuno.

Otros tipos de mundos acuáticos pueden ser exoplanetas rocosos con océanos de superficie global, más similares a la Tierra. El concepto de este artista es de Kepler-22b, una súper Tierra y el primer exoplaneta que la misión Kepler de la NASA confirmó que orbita en la zona habitable de una estrella. Imagen vía NASA / Ames / JPL-Caltech.

Estos mundos sub-Neptuno son uno de los dos tipos principales de exoplanetas encontrados hasta ahora. Los otros son super-Tierras, entre una y cuatro veces el tamaño de la Tierra, que son densas y rocosas. No hay ninguna súper-Tierra en nuestro sistema solar, con la posible excepción del Planeta Nueve (si alguna vez se encuentra). Los subneptunes tienen densidades mucho más bajas, y los astrónomos no han estado seguros de si son enanos de gas, como Júpiter o Saturno, pero más pequeños, con un núcleo rocoso y una espesa atmósfera de hidrógeno. ¿O su baja densidad significaba que contenían mucha agua?

Normalmente, se supondría que son enanos de gas, ya que los mundos de agua tendrían que estar más allá de la "línea de nieve" en un sistema planetario, donde las temperaturas son lo suficientemente frías para el agua o el hielo, y muchos sub-Neptunes están muy cerca de sus estrellas. Pero las nuevas simulaciones por computadora sugieren que no siempre es el caso, que muchos sub-Neptunes tienen atmósferas mucho más pequeñas en relación con su tamaño, más como planetas terrestres más pequeños como la Tierra o Venus. Sus atmósferas no serían tan gruesas o profundas como otras subneptunes de tipo enano de gas.

Como se describe en el nuevo documento:

El descubrimiento de numerosos sistemas de exoplanetas que contienen diversas poblaciones de planetas que orbitan muy cerca de sus estrellas anfitrionas desafía las teorías de formación de planetas basadas en el sistema solar. Aquí, nos enfocamos en los planetas con radios de 2-4 Tierras, cuyas composiciones se debaten. Se cree que son enanos de gas que consisten en núcleos rocosos incrustados en envolturas de gas ricas en hidrógeno o mundos de agua que contienen cantidades significativas de fluido / hielo dominado por el agua, además de roca y gas. Argumentamos que estos planetas son mundos acuáticos.

Otro tipo de mundo acuático hipotético, un planeta "globo ocular", donde hay un océano solo en el lado que mira hacia las estrellas. El resto de la superficie es hielo. Imagen vía eburacum45 / DeviantArt.

Pero si hay subneptunes del mundo del agua cerca de sus estrellas, ¿cómo se formaron? Los hallazgos sugieren que primero se formaron más lejos de sus estrellas, y luego se fueron acercando gradualmente con el tiempo. Como dijo Zeng en Gizmodo :

Un mundo acuático cercano a su estrella debe haberse formado mucho más lejos y luego acercarse a medida que su órbita se redujo. La composición del planeta se estableció cuando estaba más lejos en una órbita más fría. El proceso de contracción orbital se llama `` migración '' y es impulsado por la gravedad del disco de gas a partir del cual se formaron los planetas. Si los mundos acuáticos son comunes, eso proporciona una confirmación realmente fuerte de que la migración realmente ocurre y es un proceso clave en la forma en que se forman los planetas, tanto alrededor de otras estrellas como en nuestro propio sistema solar.

La investigación indica que muchos subneptunes están bastante húmedos, pero ¿qué tan húmedos están? Los resultados muestran que al menos el 25 por ciento de su masa sería agua o hielo, y tal vez hasta el 50 por ciento. Esa es una cantidad asombrosa. Pensamos que la Tierra es un mundo acuático, pero su masa es en realidad solo 0.025 por ciento de agua, en comparación. Algunos mundos acuáticos pueden tener tanta agua que están completamente anegados, fluidos hasta las partes más profundas del planeta.

La luna Europa de Júpiter es un mundo acuático, con un océano global profundo debajo de su corteza de hielo exterior. Esta vista es de la nave espacial Galileo en la década de 1990. Imagen vía NASA / JPL-Caltech / SETI Institute.

Las presiones muy bajas en algunos de esos océanos también podrían ser como nada en la Tierra, similar a un millón de veces la presión de la superficie atmosférica que experimentamos. En esos ambientes extremos, el agua líquida se comprimiría en fases de hielo de alta presión, como el hielo VII o el hielo superiónico. Estos hielos no ocurren naturalmente en la Tierra, sino que se han creado en el laboratorio. Como dijo Zeng:

Estos hielos de alta presión son esencialmente como rocas de silicato dentro del manto profundo de la Tierra, son calientes y duras. Estos son mundos completamente diferentes en comparación con nuestra propia Tierra.

Los modelos de computadora también tomaron en cuenta otras variables, incluida la abundancia de gases nebulares, helados ricos en agua, materiales rocosos que consisten principalmente en hierro y níquel y las influencias de procesos químicos complejos impulsados ​​por la temperatura, las tasas de enfriamiento, la evaporación, la condensación, la densidad y la distancia. para albergar estrella. Como señaló Zeng:

Estadísticamente hablando, estos mundos de agua pueden ser más abundantes que los planetas rocosos similares a la Tierra. Quizás cada típica estrella similar al Sol tiene uno o más de estos mundos de agua [y tal vez] nuestro sistema solar es menos típico. En términos generales, este tipo de arquitectura de sistema planetario con super-Tierras rocosas cercanas y sub-Neptunas ricas en agua puede ser más común en la Vía Láctea que nuestro tipo de sistema solar.

La Tierra es, por supuesto, el mundo acuático más conocido, con océanos que cubren aproximadamente el 70% de la superficie. Sin embargo, esa cantidad de agua palidece en comparación con lo que puede existir en los mundos del agua discutidos en el nuevo documento. Imagen vía NASA.

Entonces, con toda esa agua, ¿podrían estos planetas ser hogares potenciales para la vida? Sí, hay mucha agua, pero ¿qué pasa con los elementos químicos y nutrientes necesarios, como se encuentran en los fondos oceánicos de la Tierra, y tal vez Europa y Encelado? Según Anders Sandberg, investigador principal en el Future of Humanity Institute (FHI) de la Universidad de Oxford, este tipo de mundos acuáticos pueden no ser ideales, aunque seguirían siendo mucho mejores que los enanos de gas:

Si bien los mundos de agua no son del todo perfectos para la vida, ya que los elementos más pesados ​​pueden estar enterrados bajo cientos de kilómetros de hielo a alta presión, es probable que sean mucho mejores que los enanos de gas.

Si los mundos del agua descritos en este estudio realmente existen, se abriría un capítulo completamente nuevo en la exploración exoplanetaria. Estos mundos serían diferentes a cualquier otro que se haya visto antes, algo así como tomar partes de la Tierra, lunas oceánicas y planetas gaseosos y combinarlos, pero a una escala mucho mayor. Los mundos de agua en este estudio son esencialmente mundos de agua con esteroides.

En pocas palabras: si los hallazgos en este nuevo estudio son precisos, entonces nuestra galaxia puede estar llena de mundos de agua. A diferencia de la Tierra, estos serían planetas más grandes con océanos globales que no solo son más profundos que ninguno en nuestro sistema solar, sino que son alucinantemente profundos.

Fuente: Interpretación del modelo de crecimiento de la distribución del tamaño del planeta.

Via Gizmodo