La presencia de agua líquida se considera fundamental para la habitabilidad planetaria
El tipo de planeta más abundante de nuestra galaxia podría ser rico en agua líquida debido a las interacciones formativas entre océanos de magma y atmósferas primitivas durante sus primeros años, según una nueva investigación por Francesca Miozzi y Anat Shahar de la Institución Carnegie para la Ciencia.
De los más de 6.000 exoplanetas conocidos en la Vía Láctea, los llamados subneptunos son los más comunes. Son más pequeños que Neptuno y más masivos que la Tierra, y se cree que tienen interiores rocosos con densas atmósferas dominadas por hidrógeno.
Esto los convierte en buenos candidatos para probar ideas sobre cómo los planetas rocosos, como el nuestro, adquirieron una abundancia de agua, que fue fundamental para el surgimiento de la vida en la Tierra y se considera un componente fundamental de la habitabilidad planetaria.
"Nuestro conocimiento, que aumenta rápidamente, sobre la vasta diversidad de exoplanetas nos ha permitido vislumbrar nuevos detalles sobre las primeras etapas de la formación y evolución de los planetas rocosos", explicó Miozzi.
"Esto abrió la puerta a considerar una nueva fuente de agua planetaria —un misterio largamente debatido entre los científicos terrestres y planetarios—, pero no existían experimentos diseñados con este propósito".
Este trabajo forma parte del proyecto interdisciplinario y multiinstitucional AEThER (Investigación Atmosférica Empírica, Teórica y Experimental), fundado y dirigido por Shahar.
La iniciativa combina conocimientos especializados de diversos campos —entre ellos la astronomía, la cosmoquímica, la dinámica planetaria, la petrología, la física mineral y otros— para responder a preguntas fundamentales sobre las características que permiten a los planetas rocosos desarrollar condiciones favorables para albergar vida.
Su trabajo se centra especialmente en intentar relacionar las observaciones de las atmósferas planetarias con la evolución y la dinámica de sus cuerpos rocosos.
Imagen: Una nueva investigación utiliza experimentos de laboratorio para demostrar que el agua se crea de forma natural durante el proceso de formación planetaria. Al comprimir y calentar materiales análogos a los de un planeta entre las puntas de dos diamantes, científicos de Carnegie, IPGP y UCLA demostraron que las interacciones entre la atmósfera de un planeta joven y su océano de magma primitivo generan agua y disuelven hidrógeno en el magma fundido. Crédito: Navid Marvi/Carnegie Science.
Investigaciones previas de modelado matemático han demostrado que las interacciones entre el hidrógeno atmosférico y los océanos de magma ferroso durante la formación planetaria pueden producir significativas cantidades de agua. Sin embargo, hasta ahora no se habían realizado pruebas experimentales exhaustivas de esta posible fuente de agua planetaria.
Miozzi y Shahar lideraron un equipo internacional de investigadores del Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) y UCLA para crear las condiciones bajo las cuales tales interacciones entre el hidrógeno —que representa la atmósfera planetaria primitiva— y la sílice fundida rica en hierro —que representa el océano de magma formativo— ocurrirían en un planeta joven.
Lo lograron comprimiendo muestras hasta casi 600.000 veces la presión atmosférica (60 gigapascales) y calentándolas a más de 4.000 grados Celsius (7.200 grados Fahrenheit).
Su entorno experimental reproduce una fase crítica del proceso evolutivo de un planeta rocoso. Estos cuerpos se forman a partir del disco de polvo y gas que rodea a una estrella joven en el período posterior a su nacimiento. Este material se acumula formando cuerpos que colisionan entre sí, aumentando su tamaño y temperatura, hasta fundirse finalmente en un vasto océano de magma.
Estos planetas jóvenes suelen estar rodeados por una gruesa capa de hidrógeno molecular, H2, que puede actuar como una "manta térmica", manteniendo el océano de magma durante miles de millones de años antes de que se enfríe.
"Nuestro trabajo proporcionó la primera evidencia experimental de dos procesos críticos de la evolución planetaria temprana", indicó Miozzi. "Demostramos que una gran cantidad de hidrógeno se disuelve en el fundido y que se crean significativas cantidades de agua por la reducción del óxido de hierro mediante hidrógeno molecular".
En conjunto, estos hallazgos demuestran que se pueden almacenar grandes cantidades de hidrógeno en el océano de magma mientras se produce la formación de agua. Esto tiene importantes implicaciones para las propiedades físicas y químicas del interior del planeta, con posibles efectos también en el desarrollo del núcleo y la composición atmosférica.
"La presencia de agua líquida se considera fundamental para la habitabilidad planetaria", concluye Shahar. "Este trabajo demuestra que se crean grandes cantidades de agua como consecuencia natural de la formación de los planetas. Representa un importante avance en nuestra concepción de la búsqueda de mundos lejanos capaces de albergar vida".
La investigación ha sido publicada en Nature: Experiments reveal extreme water generation during planet formation
