Exoplanetas Habitables: La atmósfera del Minineptuno K2-18 b en la Zona Habitable. ¿Vapor de agua o metano?

El exoplaneta con tránsitos K2-18 b (descubierto en 2015 por el telescopio espacial Kepler en su fase K2) orbita una enana roja (M3, Radio = 0,411 radios solares) a una distancia de 0,143 UA. Estas características implican que K2-18 b recibe esencialmente una insolación similar a la que la Tierra recibe del Sol, es decir, está en la Zona Habitable de su estrella.

Con una masa M = 8,63 masas terrestres y un radio R = 2,61 radios terrestres, K2-18 b se considera una supertierra o un minineptuno. Eso arroja una densidad la mitad de la Tierra, propia de un planeta rico en volátiles, aunque este dato puede ser impreciso y debe ser interpretado con cautela.

Siguiendo los tránsitos de K2-18 b observados por Kepler / K2 en el visible, se observaron tránsitos planetarios con el Telescopio Espacial Spitzer en el infrarrojo (4,5 y 3,5 µm). También se observaron nueve tránsitos con el telescopio espacial Hubble (HST) para estudiar la atmósfera.

Los datos observados por HST que cubren el rango 1,12-1,63 µm muestran claramente un aumento en la profundidad de tránsito a 1,4 µm, coincidente con una banda propia del vapor de agua (H2O). Usando un modelo de atmósfera dos equipos concluyeron una detección clara de vapor de agua. También determinaron que otros gases como monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), amoniaco (NH3) o metano (CH4) no estaban presentes en cantidades medibles. Se concluyó que la atmósfera está compuesta de hidrógeno y helio en la que había también vapor de agua.

Sin embargo, para un minineptuno se deberían esperar cantidades significativas de compuestos más allá del H2O, como el metano (CH4) o el amoniaco (NH3). En particular, el metano también presenta una banda de absorción de alrededor de 1,4 µm.

Nuevos estudios han descrito la composición de la atmósfera de K2-18 b utilizando el modelo de equilibrio radiativo Exo-REM, adaptado para exoplanetas gigantes. Además de H2 y He, el modelo Exo-REM incorpora 12 absorbentes gaseosos incluyendo H2O, CO, CO2, CH4, NH3 y H2S para mostrar cómo serían los tránsitos del HST en el caso de que estos compuestos estuvieran presentes (si no hubiera opacidad de las nubes).

Los espectros de transmisión se calcularon con el modelo y se compararon con los tránsitos observados del HST, junto con los de Kepler/K2 y Spitzer. Los parámetros de Exo-REM que mejor describen los datos observados arrojan una temperatura en la atmósfera alta en el rango de 240-300 K.

Los espectros de absorción de tránsito calculados exhiben un marcado máximo alrededor de 1,4 μm, de acuerdo con los datos del HST. Sin embargo, este máximo se debería predominantemente a la absorción de CH4 más que al H2O como se concluyó en anteriores estudios iniciales.

Actualmente hay acuerdo con el estudio inicial de detección de la atmósfera (Tsiaras et al.) en que el H2O puede proporcionar la absorción observada en 1,4 μm, pero se está en desacuerdo con la afirmación de que estos datos de HST proporcionan una evidencia inequívoca de su presencia. El CH4 es, con mucho, el absorbente dominante en esta longitud de onda, asumiendo una composición de tipo Neptuno.

Las observaciones de otros rangos espectrales, particularmente en el intervalo 1.6-3.7 μm, nos permitirían discriminar claramente entre la absorción de H2O y CH4, y también, en principio, determinar la proporción de su abundancia.Tales observaciones serían muy importantes para comprender la estructura interna de K2-18b y la posibilidad de un posible océano de agua líquida.

2019. Se anuncia la presencia de vapor de agua en el minineptuno K2-18 b.

https://arxiv.org/pdf/1909.05218.pdf