Los planetas rocosos distantes podrían ser muy diferentes a la Tierra

Los astrónomos han descubierto más de 4100 planetas orbitando estrellas en nuestra galaxia, a los que se le conoce como exoplanetas. Una de las tantas preguntas que se hacen los expertos es cómo están compuestos o si alguno se parece a la Tierra, con la posible idea que que alberguen vida.

Para intentar averiguarlo, el astrónomo Siyi Xu del Laboratorio Nacional de Investigación que trabaja en Astronomía Óptica-Infrarroja en la Fundación Nacional para las Ciencias de Estados Unidos junto con el geólogo Keith Putirka, de la Universidad Estatal de California, estudiaron las atmósferas de lo que se conoce como estrellas enanas blancas contaminadas. Estos distantes objetos brillantes son núcleos densos y colapsados de estrellas que alguna vez fueron normales, como nuestro Sol, y que contienen material que alguna vez fueron planetas, asteroides u otros cuerpos rocosos. Objetos que en el pasado distante orbitaron la estrella, pero que en algún momento cayeron en esta enana blanca y “contaminaron” su atmósfera.

Los expertos buscaron elementos que no existirían naturalmente en la atmósfera de una enana blanca (es decir, cualquier otra cosa que no sea hidrógeno y helio), para identificar de qué estaban hechos los objetos planetarios rocosos que cayeron en la estrella. Putirka y Xu observaron 23 enanas blancas contaminadas, situadas a unos 650 años luz del Sol, en las cuales se habían detectado con precisión elementos como calcio, silicio, magnesio y hierro, gracias a las observaciones realizadas en el Observatorio WM Keck en Hawai, el Telescopio Espacial Hubble, y otros observatorios.

“Estos planetas podrían ser completamente ajenos a lo que estamos acostumbrados a pensar”, explicó el geólogo Putirka de la Universidad Estatal de California en Fresno sobre el trabajo científico publicado en la revista Nature Communications. Pero deducir de qué estaba hecho un planeta desaparecido a partir de lo que dejó atrás está plagado de dificultades, advierte el científico planetario de Caltech, David Stevenson. “Los mundos rocosos fuera del sistema solar pueden tener composiciones químicas exóticas”, deslizó. Los científicos usaron las abundantes medidas de esos elementos para reconstruir los minerales y rocas que se formarían a partir de ellos.

Descubrieron que estas enanas blancas tienen una gama de composiciones mucho más amplia que cualquiera de los planetas interiores de nuestro sistema solar, lo que sugiere que sus planetas tenían una variedad más amplia de tipos de rocas. De hecho, algunas de las composiciones son tan inusuales que los investigadores tuvieron que crear nuevos nombres (como “piroxenitas de cuarzo” y “dunitas de periclasa”) para clasificar los nuevos tipos de rocas que alguna vez existieron en esos planetas. “Si bien algunos exoplanetas que en el pasado orbitaron enanas blancas contaminadas parecen similares a la Tierra, la mayoría tiene unos tipos de rocas que son extrañas para nuestro sistema solar. No tienen contrapartes directas en él”, dijo Xu.

Después de que una estrella como el sol se expande y se convierte en una estrella gigante roja, finalmente expulsa su atmósfera, dejando atrás su pequeño y denso núcleo, que se convierte en una enana blanca. La gran gravedad de esa estrella arrastra elementos químicos pesados hacia su interior, por lo que la mayoría de las enanas blancas tienen superficies prístinas de hidrógeno y helio.

Pero más de una cuarta parte de estas estrellas lucen superficies con elementos más pesados como el silicio y el hierro, presumiblemente de planetas que una vez rodearon la estrella y encontraron sus extremos cuando se expandió hasta convertirse en una gigante roja. Los elementos pesados de estas enanas blancas aún no han tenido tiempo de hundirse bajo la superficie estelar.

Putirka describió algunas características de este nuevo tipo de rocas que en algún momento conformaron cuerpos rocosos distantes: “Algunos tipos de rocas que vemos a partir de los datos de la enana blanca disolverían más agua que las rocas en la Tierra y podrían afectar la forma en que se desarrollan los océanos. Algunos tipos de rocas pueden derretirse a temperaturas mucho más bajas y producir una corteza más gruesa que las rocas de la Tierra, y algunos tipos de rocas pueden ser más débiles, lo que podría facilitar el desarrollo de la tectónica de placas”, agregó.

Estudios anteriores de enanas blancas contaminadas habían encontrado elementos de cuerpos rocosos, como calcio, aluminio y litio. Sin embargo, Putirka y Xu explican que esos son elementos menores (que típicamente constituyen una pequeña parte de una roca terrestre) y las mediciones de los elementos principales (que conforman una gran parte de una roca terrestre), especialmente el silicio, son necesarias para saber realmente qué tipo de tipos de rocas habrían existido en esos planetas. Además, Putirka y Xu afirman que los altos niveles de magnesio y los bajos niveles de silicio medidos en las atmósferas de las enanas blancas sugieren que los escombros rocosos detectados probablemente provenían del interior de los planetas, del manto, no de su corteza.

Algunos estudios previos de enanas blancas contaminadas anticiparon que existía corteza continental en los planetas rocosos que alguna vez orbitaron esas estrellas, pero Xu y Putirka no encontraron evidencia de rocas de la corteza. Sin embargo, las observaciones no descartan por completo que los planetas tuvieran corteza continental u otros tipos de corteza. “Creemos que sí existe roca de la corteza terrestre, no podemos verla, probablemente porque ocurre en una fracción demasiado pequeña para ser medida, en comparación con la masa de otros componentes planetarios, como el núcleo y el manto”, precisó Putirka.

Al examinar las enanas blancas a 650 años luz del sol, Putirka y Xu llegaron a una conclusión sorprendente sobre los planetas rocosos destrozados. Contrariamente a la sabiduría convencional, la mayoría de sus mantos planetarios no se parecían a los de los planetas rocosos del Sol: Mercurio, Venus, la Tierra y Marte, dicen los investigadores.

“Por ejemplo, algunas de las enanas blancas tienen mucho silicio. Eso sugiere que los mantos de sus planetas tenían cuarzo, un mineral que en su forma pura consiste únicamente en silicio y oxígeno. Pero hay poco cuarzo, si es que hay alguno, en el manto de la Tierra. Un planeta con un manto rico en cuarzo probablemente difiera mucho de la Tierra”, señaló Putirka. Tales composiciones minerales exóticas podrían afectar, por ejemplo, las erupciones volcánicas, la deriva continental y la fracción de la superficie de un planeta que consiste en océanos versus continentes. Y todos esos fenómenos pueden afectar el desarrollo de la vida.

La destrucción de mundos rocosos alrededor de estrellas similares al sol es complicada, dice Stevenson. Los planetas primero son destruidos por la luz brillante del gigante rojo. Entonces pueden ser engullidos por la atmósfera en expansión de la estrella e incluso pueden estrellarse contra otro planeta. Cada uno de estos eventos traumáticos podría alterar la composición elemental de un planeta, así como posiblemente enviar algunos elementos hacia la enana blanca antes que otros. Como resultado, los restos planetarios que terminan en la superficie de la estrella en una instantánea en el tiempo pueden no reflejar la composición inicial del mundo.

Xu está de acuerdo en que los astrónomos no saben con precisión cómo se desarrolla la ruptura o qué elementos terminan cayendo sobre la enana blanca. Los estudios teóricos futuros podrían proporcionar información sobre el asunto. También señaló que los astrónomos han descubierto que los asteroides se desintegran alrededor de las enanas blancas, lo que ofrece una pequeña ventana al proceso de ruptura real. Y las observaciones futuras de estas enanas blancas, dice, podrían ayudar a revelar cualquier cambio en la composición elemental a lo largo del tiempo.

Según Xu, la combinación de un astrónomo y un geólogo fue la clave para revelar los secretos ocultos en las atmósferas de las enanas blancas contaminadas. “Conocí a Keith Putirka en una conferencia y estaba emocionado de que pudiera ayudarme a comprender los sistemas que estaba observando. Él me enseñó geología y yo le enseñé astronomía, y descubrimos cómo dar sentido a estos misteriosos sistemas exoplanetarios”.

SEGUIR LEYENDO