Desarrollan un modelo climático en 3D para analizar exoplanetas similares a la Tierra

Con más de 5.400 planetas detectados alrededor de estrellas lejanas, uno de los retos actuales reside en detectar astros similares a la Tierra y estudiar sus atmósferas. Pero la distancia limita las observaciones posibles, y es necesario realizar simulaciones que faciliten la interpretación de los datos. Ahora, un equipo científico internacional está desarrollando un modelo climático para exoplanetas rocosos que podría responder a la siguiente pregunta: si se observaran a una distancia de cien años luz, ¿cómo diferenciar un planeta similar a Venus de uno como la Tierra?

El equipo eligió el planeta LP 890-9 c, situado a 106 años luz de distancia y descubierto en 2022. Con 1,37 veces el diámetro terrestre, el planeta gira en torno a una estrella enana roja –más pequeña y fría que nuestro Sol– a una distancia que lo sitúa en la zona de habitabilidad, la región donde las condiciones de presión y temperatura permitirían la existencia de agua líquida en superficie. Pero se halla, también, muy cerca de la región en la que se produciría un efecto invernadero desbocado, como el que se observa en Venus.

Representación de la órbita del exoplaneta LP 890-9 c y de la radiación emitida en una determinada banda del espectro electromagnético. Imagen: Diogo Quirino / ESO

La posibilidad de que este planeta sea como Venus lo convierte en un laboratorio ideal para estudiar la evolución atmosférica de planetas similares a la Tierra y explicar la divergencia climática que observamos entre la Tierra y Venus.

«Nuestro modelo pretende servir de apoyo a la interpretación de las futuras observaciones con el telescopio espacial James Webb o con el futuro Telescopio Extremadamente Grande (ELT), y nos permitirá caracterizar mejor lo que vemos en la atmósfera de estos planetas», afirma Diogo Quirino, investigador del Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) y primer autor del artículo. «Las simulaciones aquí presentadas son el primer paso hacia esa caracterización, que implica la predicción de la temperatura y la circulación atmosférica, y cómo estas influyen en las observaciones».

Diferenciando planetas gemelos

Venus se consideró, hasta los años sesenta del siglo pasado, un posible gemelo de nuestro planeta. Ambos se hallan en regiones muy próximas del Sistema Solar y presentan tamaños y densidades similares, pero las primeras misiones al planeta vecino mostraron que Venus y la Tierra muestran condiciones radicalmente diferentes: en Venus la presión atmosférica es noventa veces mayor que en la Tierra, se alcanzan los 475 grados en superficie y se halla cubierto de una densa capa de nubes de ácido sulfúrico.

«Sin embargo, es muy posible que ambos compartieran infancias similares, con actividad volcánica que liberó gases y formó atmósferas y, posiblemente, con agua líquida en sus superficies, algo que buscamos confirmar con EnVision, la próxima misión de la ESA a Venus en la que participa el IAA-CSIC –señala Gabriella Gilli, investigadora del instituto con sede en Granada y segunda autora del estudio–. En Venus, más próximo al Sol, el calor debió evaporar el agua por completo mediante un efecto invernadero desbocado, que generó las condiciones inhóspitas que existen hoy día».

Venus se consideró, hasta los años sesenta del siglo pasado, un posible gemelo de la Tierra. Imagen: IAA

Partiendo de la hipótesis de que el clima en LP 890-9 c evolucionó hacia una atmósfera moderna similar a la de Venus, el equipo científico la simuló con una presión superficial 92 veces superior a la de la Tierra, una composición química dominada en un 96,5% por dióxido de carbono y un manto global de nubes de ácido sulfúrico.

El estudio de planetas alrededor de estrellas enanas M (las más comunes en nuestra galaxia y en las que se han hallado la mayoría de exoplanetas de tipo terrestre), como LP 890-9 c, presenta sin embargo divergencias con respecto nuestro Sistema Solar. En este tipo de estrellas, más tenues que el Sol, la zona de habitabilidad se halla mucho más cerca de ellas, y los planetas en esa región muestran rotación síncrona, con una cara en permanente luz y otra en permanente oscuridad. Además, los planetas se hallan expuestos a la intensa actividad de las enanas rojas, cuyas eyecciones de masa coronal pueden barrer atmósferas enteras.

Caracterización de la atmósfera en modelos 3d

Publicaciones anteriores indicaban, de hecho, que la acumulación de dióxido de carbono en la atmósfera es uno de los escenarios probables de evolución de planetas similares a la Tierra alrededor de estrellas enanas rojas. El trabajo recién publicado ofrece predicciones de la temperatura y la velocidad del viento en la parte superior de las nubes, así como del número de observaciones necesarias para la caracterización de la atmósfera de este planeta.

«Una de las capacidades de los modelos 3D es el cálculo de la radiación emitida por el planeta en determinadas regiones del espectro electromagnético», señala Quirino. En el trabajo se calculó cómo puede variar la radiación infrarroja emitida por el planeta a lo largo de su órbita, lo que podría producir patrones asociados a la presencia de una atmósfera que pueden detectarse en futuras observaciones. «La idea de este trabajo es estar preparados para cuando detectemos un análogo de Venus: que seamos capaces de reconocerlo como tal», concluye Gabriella Gilli (IAA-CSIC).