El estudio más extenso de las composiciones químicas atmosféricas de exoplanetas hasta la fecha ha revelado tendencias que desafían las teorías actuales de formación de planetas y tiene implicaciones para la búsqueda de agua en el sistema solar y más allá.
Un equipo de investigadores, dirigido por la Universidad de Cambridge, utilizó datos atmosféricos de 19 exoplanetas para obtener mediciones detalladas de sus propiedades químicas y térmicas. Los exoplanetas en el estudio abarcan un amplio rango de tamaño, desde 'mini-Neptunes'de casi 10 masas terrestres a "superjupiter" de más de 600 masas terrestres, y temperatura, desde casi 20 grados centígrados hasta más de 2000 grados centígrados. Al igual que los planetas gigantes de nuestro sistema solar, sus atmósferas son ricas en hidrógeno, peroorbitar diferentes tipos de estrellas.
Los investigadores encontraron que si bien el vapor de agua es común en las atmósferas de muchos exoplanetas, las cantidades fueron sorprendentemente más bajas de lo esperado, mientras que las cantidades de otros elementos encontrados en algunos planetas fueron consistentes con las expectativas. Los resultados, que son parte de un cincoprograma de investigación de un año sobre las composiciones químicas de las atmósferas planetarias fuera de nuestro sistema solar, se informa en el Letras del diario astrofísico .
"Estamos viendo los primeros signos de patrones químicos en mundos extraterrestres, y estamos viendo cuán diversos pueden ser en términos de sus composiciones químicas", dijo el líder del proyecto, Dr. Nikku Madhusudhan, del Instituto de Astronomía de Cambridge, que midió por primera vez las bajas abundancias de vapor de agua en exoplanetas gigantes hace cinco años.
En nuestro sistema solar, la cantidad de carbono en relación con el hidrógeno en las atmósferas de los planetas gigantes es significativamente mayor que la del sol. Se cree que esta abundancia 'súper solar' se originó cuando se formaron los planetas, y en gran medidacantidades de hielo, rocas y otras partículas fueron traídas al planeta en un proceso llamado acreción.
Se ha pronosticado que la abundancia de otros elementos será igualmente alta en las atmósferas de los exoplanetas gigantes, especialmente el oxígeno, que es el elemento más abundante en el universo después del hidrógeno y el helio. Esto significa que el agua, un vehículo dominante de oxígeno,También se espera que sea sobreabundante en tales atmósferas.
Los investigadores utilizaron extensos datos espectroscópicos de telescopios espaciales y terrestres, incluidos el telescopio espacial Hubble, el telescopio espacial Spitzer, el telescopio muy grande en Chile y el Gran Telescopio Canarias en España. El rango de observaciones disponibles, junto conCon modelos computacionales detallados, métodos estadísticos y propiedades atómicas de sodio y potasio, permitió a los investigadores obtener estimaciones de las abundancias químicas en las atmósferas de exoplanetas a través de la muestra.
El equipo informó la abundancia de vapor de agua en 14 de los 19 planetas, y la abundancia de sodio y potasio en seis planetas cada uno. Sus resultados sugieren un agotamiento de oxígeno en relación con otros elementos y proporcionan pistas químicas sobre cómo estos exoplanetas pueden tenerformado sin una acumulación sustancial de hielo.
"Es increíble ver una abundancia de agua tan baja en las atmósferas de una amplia gama de planetas que orbitan una variedad de estrellas", dijo Madhusudhan.
"Medir la abundancia de estos químicos en atmósferas exoplanetarias es algo extraordinario, teniendo en cuenta que todavía no hemos podido hacer lo mismo con los planetas gigantes en nuestro sistema solar, incluido Júpiter, nuestro vecino gigante de gas más cercano", dijo Luis Welbanks,autor principal del estudio y estudiante de doctorado en el Instituto de Astronomía.
Varios esfuerzos para medir el agua en la atmósfera de Júpiter, incluida la actual misión Juno de la NASA, han resultado desafiantes. "Dado que Júpiter es tan frío, cualquier vapor de agua en su atmósfera se condensaría, lo que dificultaría la medición", dijo Welbanks. "Sise encontró que la abundancia de agua en Júpiter era abundante como se predijo, implicaría que se formó de una manera diferente a los exoplanetas que vimos en el estudio actual ".
"Esperamos aumentar el tamaño de la muestra de nuestro planeta en futuros estudios", dijo Madhusudhan. "Inevitablemente, esperamos encontrar valores atípicos para las tendencias actuales, así como las mediciones de otros productos químicos".
Estos resultados muestran que ya no se puede suponer que diferentes elementos químicos son igualmente abundantes en atmósferas planetarias, lo que supone suposiciones desafiantes en varios modelos teóricos.
"Dado que el agua es un ingrediente clave para nuestra noción de habitabilidad en la Tierra, es importante saber cuánta agua se puede encontrar en sistemas planetarios más allá del nuestro", dijo Madhusudhan.
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