¿Resuelto el misterio de los minineptunos?

Entre los planetas de tamaño terrestre y los gigantes de hielo como Urano y Neptuno se encuentran las supertierras y los minineptunos. En el Sistema Solar no hay mundos así, pero parece que a nivel galáctico nuestro hogar es una excepción. Nada más y nada menos que un 75% de los candidatos a exoplanetas descubiertos por Kepler son de este tipo. Ahora bien, distinguir entre supertierras y minineptunos se ha convertido en el Santo Grial de los astrónomos planetarios. ¿Cómo saber si estamos ante mundos rocosos o planetas gaseosos?

Las supertierras/minineptunos son los mundos más abundantes en los datos de Kepler (NASA).

Durante la 223ª reunión de la AAS (American Astronomical Society) que se ha celebrado estos días en Washington se han presentado varios artículos que arrojan un poco de luz en este misterio. El telescopio Kepler detectaba exoplanetas mediante el método del tránsito, una técnica que sólo nos da el tamaño del objeto. Si queremos saber su masa debemos intentar observarlo mediante telescopios terrestres usando el método de la velocidad radial. Si tenemos suerte y hay más planetas cercanos en el sistema también tenemos a nuestra disposición la técnica TTV (variación en el tiempo de tránsito) para detectar y calcular la masa de los mismos. Conociendo su tamaño y su masa somos capaces de estimar la densidad de los planetas y, por tanto, su naturaleza.

Por un lado, Ji-Wei Xie de la Universidad de Toronto ha usado la técnica TTV para confirmar doce sistemas planetarios múltiples y medir la masa de treinta planetas en total, todos ellos con tamaños comprendidos entre uno y cuatro radios terrestres (o sea, supertierras o minineptunos). Por otro lado, un grupo de científicos liderado por el famoso cazaplanetas Geoffrey Marcy ha usado los telescopios Keck de Hawái para confirmar la existencia de 41 planetas de entre los candidatos de Kepler y determinar la masa de 16 de ellos. Entre ellos destacan Kepler-99b y Kepler-406b, mundos rocosos -más bien metálicos- con un tamaño un 40% superior al de la Tierra pero con una densidad equiparable a la del plomo (!). Bien, ¿y el resultado de tantos datos?

Pues algo muy curioso. La densidad de todos las supertierras parece crecer con el tamaño, algo lógico si tenemos en cuenta la compresión gravitatoria de los materiales. Pero al alcanzar un diámetro de 1,5 veces el de la Tierra más o menos, la densidad media comienza a descender drásticamente desde los casi 10 gramos por centímetro cúbico a uno o dos gramos por centímetro cúbico para planetas con un radio cuatro veces del de la Tierra. La conclusión es obvia. La mayoría de supertierras con un tamaño inferior a los 1,5 radios terrestres deben ser mundos rocosos. Por encima de ese tamaño nos encontramos con minineptunos, mundos con un núcleo rocoso del tamaño de una supertierra rodeados por densas atmósferas de hidrógeno y helio. Si este modelo es cierto, los ‘minineptunos’ serían en realidad más parecidos a supertierras gaseosas que a Urano y Neptuno (aunque vale la pena recordar que no tenemos ni idea de cómo son exactamente los interiores de los planetas exteriores). De hecho, el reciente descubrimiento de la supertierra gaseosa KOI-314c apunta en esa dirección. En resumen, a mayor tamaño de un minineptuno, más gas a su alrededor. Por supuesto, puede haber excepciones a esta recién descubierta regla, pero la tendencia que señalan los datos parece indiscutible.

La tendencia en la densidad de las supertierras según su tamaño en un artículo anterior de Marcy (Marcy et al.).

Los sistemas planetarios múltiples confirmados mediante TTV por Ji-Wei Xie (Ji-Wei XIe et al.).

La densidad de los minineptunos baja a medida que aumenta su tamaño (S. Hadden et al.).

¿Y qué hay de la habitabilidad de estos mundos? Se cree que muchas de las supertierras habitables pueden ser mundos océanos, es decir, planetas cubiertos por un océano global con una profundidad tan enorme que el agua se transforma en hielo VII por culpa de las altísimas presiones mucho antes de llegar al núcleo rocoso. Aunque a priori uno pudiera pensar lo contrario, parece ser que estos mundos océanos no son un buen hogar para la VTYCLC (vida-tal-y-como-la-conocemos, que siempre puede haber algún bicho alienígena que se salte nuestras reglas). Las rocas de los continentes en contacto con la atmósfera proporcionan un termostato muy fiable del que carecen los mundos océano, por lo que su clima sería menos estable. Pero esto no tiene que ser necesariamente así. En la 223ª reunión de la AAS se ha presentado un artículo de Nicolas Cowan y Dorian Abbot en el que demostraban que una supertierra con 80 veces más agua que nuestro planeta podría tener una superficie con oceános y continentes como la de la Tierra. ¿El truco? Que la mayor parte de este agua estaría en el manto, no en la superficie, y habría llegado allí por difusión a través de la corteza ayudada por el elevado campo gravitatorio de estos mundos.

Nos queda mucho, pero mucho, por aprender en esta nueva terra incognita que es la ciencia de las supertierras. Pero poco a poco aparecen patrones que nos permiten poner ciertos límites en este maravilloso y fascinante zoo planetario que estamos descubriendo.