Igual que sucede en la Tierra, muchos exoplanetas podrían tener hasta 80 veces más agua en su interior que en la superficie

Según afirma Caroline Dorn, en efecto, del ETH Zurich y autora principal de un artículo que se acaba de publicar en 'Nature Astronomy', «en los últimos años hemos empezado a darnos cuenta de que los planetas son mucho más complejos de lo que creíamos».

La mayor parte de los exoplanetas conocidos hasta ahora (algo más de 5.600 en el momento de escribir estas líneas) se encuentran muy cerca de sus estrellas, lo cual significa que son mundos muy calientes, a menudo cubiertos por océanos de magma y que aún no se han enfriado lo suficiente como para formar cortezas sólidas.

Pero resulta que el agua se disuelve muy bien en esos océanos de magma, por lo que una gran cantidad del líquido elemento que poseen está diluida en el manto, formado principalmente por silicatos. Aquí, en la Tierra, y justo debajo de los 3.600 kilómetros de roca fundida del manto está el núcleo metálico. ¿Pero llega el agua del manto hasta ahí? Y si es así, ¿cómo lo consigue? Y más aún ¿Ocurre lo mismo en los exoplanetas que conocemos? Esto es precisamente lo que Dorn ha investigado junto a Haiyang Luo y Jie Deng, de la Universidad de Princeton, con una nueva serie de cálculos basados en leyes fundamentales de la física.

«El núcleo de hierro -explica Dorn- necesita tiempo para desarrollarse. Una gran parte del hierro se encuentra inicialmente en forma de gotas en la sopa de magma caliente. Y el agua atrapada en esta sopa se combina con esas gotas de hierro y se hunde con ellas hasta el núcleo. Las gotas de hierro se comportan como un ascensor que el agua transporta hacia abajo».

Hasta ahora se sabía que este comportamiento sólo se daba bajo condiciones de presión moderadas, como las que prevalecen en la Tierra. Pero no se sabía lo que sucede en planetas más grandes, donde las presiones internas son mucho mayores. «Éste es, precisamente, uno de los resultados clave de nuestro estudio -afirma Dorn-. Cuanto más grande es el planeta y mayor es su masa, más tiende el agua a unirse con las gotas de hierro y a integrarse en el núcleo. En determinadas circunstancias, el hierro puede absorber hasta 70 veces más agua que los silicatos del manto. Sin embargo, debido a la enorme presión en el núcleo, el agua ya no se encuentra en forma de moléculas de H2O, sino que está presente en forma de hidrógeno y oxígeno».

Dorn y sus colegas emprendieron este estudio hace cuatro años, cuando una serie de investigaciones sobre el agua de la Tierra arrojaron un resultado sorprendente: los océanos sólo contienen una pequeña fracción del preciado líquido, y una cantidad hasta 80 veces mayor que la de todos ellos juntos oculta en el interior del planeta.

Aplicado al resto de los mundos conocidos, el hallazgo tiene profundas consecuencias en la forma de interpretar los datos de las observaciones astronómicas. Con sus potentes telescopios, tanto en tierra como en el espacio, los astrónomos consiguen, bajo ciertas condiciones, averiguar tanto el peso como el tamaño de los mundos recién descubiertos. Y esos cálculos se usan después para elaborar diagramas que permiten, a su vez, sacar conclusiones sobre la composición de esos planetas lejanos. Pero si al hacerlo se ignoran la solubilidad y la distribución del agua, el volumen que ocupa puede subestimarse enormemente, hasta en un factor de diez. «Los planetas -concluye Dorn- tienen mucha más agua de la que se suponía anteriormente».

La distribución del agua, además, también es importante a la hora de averiguar cómo esos planetas se forman y evolucionan. El agua que se ha hundido en el núcleo queda atrapada allí para siempre, pero la que está disuelta en el manto puede condensarse y subir hasta la superficie a medida que el manto se enfría. «De modo que si encontramos agua en la atmósfera de un planeta -dice Dorn- es muy probable que haya mucha más en su interior».

Encontrar agua en las atmósferas planetarias es, precisamente, uno de los objetivos del Telescopio Espacial James Webb. Sin embargo, según explica la investigadora, «sólo se puede medir directamente la composición de la atmósfera superior de los exoplanetas. Y nuestro grupo desea ir más allá, y conectar la atmósfera con las profundidades internas de los cuerpos celestes».

En este escenario, los nuevos datos recabados sobre el exoplaneta TOI-270d, a 73 años luz de distancia, resultan especialmente interesantes. «Allí -afirma Dorn, que participó en el estudio de este mundo- se han recopilado pruebas de la existencia real de este tipo de interacciones entre el océano de magma interior y la atmósfera». Ahora, la investigadora quiere examinar también más de cerca a K2-18b, a 124 años luz de la Tierra y que hace apenas unos meses saltó a los titulares debido a la probabilidad de que haya vida en él.

Como sabemos muy bien, el agua es una de las condiciones esenciales para que se desarrolle la vida que conocemos. Desde hace años se especula con el grado de habitabilidad de las 'supertierras' ricas en agua, es decir, planetas con una masa varias veces mayor que la terrestre y con su superficie cubierta por un profundo océano global. Los últimos datos, sin embargo, sugieren que demasiada agua, en vez de favorecer a la vida, podría ser un obstáculo para su desarrollo, ya que una capa de hielo a altas presiones impediría el necesario intercambio de sustancias vitales entre el océano y el manto de esos planetas.

Pero ahora, el nuevo estudio abre una posibilidad diferente: los planetas cubiertos por océanos profundos pueden no ser aptos para la vida, pero la mayor parte del agua de las supertierras no se encuentra en la superficie, como se suponía hasta ahora, sino que está atrapada en el interior. Lo cual lleva a Dorn y a sus colegas a suponer que incluso los planetas con un contenido de agua relativamente alto, y por lo tanto inviables, podrían tener el potencial de desarrollar condiciones de habitabilidad similares a las de la Tierra. Como concluyen los investigadores, su estudio arroja nueva luz sobre la existencia potencial de mundos con abundante agua y en los que se podría desarrollar la vida.