¿Cómo son las supertierras y su habitabilidad?

Las supertierras son exoplanetas relativamente frecuentes. Sabemos mucho del interior de la Tierra. Tiene un núcleo interno, uno externo, un manto, una magnetosfera protectora… Pero, ¿qué hay de las supertierras? ¿Cómo es su interior? ¿De qué manera afecta eso a sus posibles condiciones habitables?

Cómo son las supertierras en comparación a otros planetas

Las supertierras son planetas más masivos que la Tierra, pero no tanto como los planetas gigantes del Sistema Solar. Por lo general, se suele plantear que una supertierra tiene entre dos y diez veces la masa de nuestro planeta. Si bien es cierto que no hay una definición universal. De los casi 5000 exoplanetas descubiertos hasta la fecha, la NASA clasifica 1539 como supertierras. Lo hacen en función de su masa, sin importar sus características o composición. Algunos de esos mundos están en las estrellas cercanas al Sol.

Muchos de esos planetas tienen una densidad similar a la de la Tierra y, por tanto, una composición similar. Un equipo de investigadores ha investigado el efecto de la temperatura y presión extrema en los minerales en el interior de supertierras. Han llevado a cabo experimentos, en laboratorio, para simular sus interiores. Han sometido los minerales a temperaturas y presiones extremas para ver qué sucedería si estuviesen en el manto de una supertierra. Todo esto es interesante porque permite alcanzar conclusiones sobre la habitabilidad.

En la Tierra, la tectónica de placas y la convección del manto tiene un efecto regulador en el clima. Los volcanes liberan material calentado y dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra, impidiendo que se vuelva demasiado fría. Los mismos procesos regulan la cantidad de dióxido de carbono al integrar los carbonatos de vuelta en la roca, a través de la lluvia. La tectónica de placas también crea la química compleja necesaria para la vida. Por lo que, se plantea, ambos podrían tener un papel crítico en la aparición de la vida en la Tierra…

Las condiciones de las supertierras

¿Cómo afecta a la habitabilidad de una supertierra las condiciones extremas? La mayor parte de la corteza terrestre está compuesta por minerales de silicato. La alta temperatura, y presión, ejercida en esos minerales crea límites clave entre el manto superior e inferior en el interior del planeta. En el estudio de exoplanetas rocosos, se ha observado que también podrían contener cortezas de silicatos. Muestran, aproximadamente, la misma densidad que la Tierra. Pero las supertierras muestran condiciones todavía más extremas.

Así que los investigadores querían ver qué efecto tendrían en los silicatos. Esperaban entender si, por ejemplo, aparecerían nuevos tipos de silicatos, y si su comportamiento sería diferente. En condiciones normales, los silicatos se organizan con la misma orientación, conocida como estructura tetraédrica. En esta estructura, un átomo central está conectado con otros cuatro átomos. Mg₂SiO₄, la forsterita, es uno de los silicatos más abundantes en la Tierra, por encima de los 400 kilómetros de profundidad. Seguramente sea abundante en supertierras.

Los modelos muestran que, en las condiciones extremas de una supertierra, aparecerán nuevas fases de silicatos. Sin embargo, no hay manera de estudiarlas. Los cálculos muestran que hace falta una presión de 490 GPa para que aparezcan, pero es imposible simular esa presión. Por suerte, lo que sí se puede hacer es utilizar un análogo de silicato que responda de la misma manera, pero en un entorno de temperatura y presión menos extremo. Ese análogo es el germanio, y más concretamente el germanato de magnesio…

El germanio como vehículo para obtener respuestas

Los cálculos muestran que el germanato de magnesio también cambia a una nueva fase si la presión es suficientemente alta. La cifra que alcanzar es inferior, siendo unos 175 GPa. Algo que sí se puede alcanzar en un laboratorio. El equipo de investigadores sometió el germanato a una presión dos millones de veces superior a la de la atmósfera terrestre (después de haberla calentado) y observaron cómo se formaba una nueva estructura cristalina. A esa presión, el átomo de germanio central se conectó con ocho átomos de oxígeno, en lugar de cuatro.

Ese mineral podría afectar de manera importante a la temperatura interna, y la dinámica, de una supertierra. El descubrimiento, en sí, resulta de lo más interesante porque no se sabía que los silicatos pudiesen adquirir estructuras con ocho enlaces. El descubrimiento puede ser tremendamente útil para entender cómo funciona el interior de algunos exoplanetas. Las discontinuidades sísmicas, por ejemplo, crean los límites entre el núcleo, manto y corteza terrestre. Una discontinuidad sísmica es un salto repentino en la velocidad sísmica a lo largo de un límite.

Las diferentes estructuras de minerales, con presión y temperatura elevada, pueden ayudar a crear estas discontinuidades. Así que, en la práctica, la estructura de los minerales contribuye a regular el flujo de calor del interior del planeta a la superficie, así como a la tectónica de placas. Por lo que la estructura de los minerales va a ser un factor importante a la hora de definir la habitabilidad de las supertierras. ¿Cómo se traduce esto en la habitabilidad de esos planetas? Lo cierto es que el estudio todavía es preliminar…

El interior de una supertierra y la habitabilidad de la superficie

En el caso de la Tierra, la estructura de su interior tiene un papel muy importante a la hora de mantener la habitabilidad del planeta. Así que los investigadores sugieren que lo mismo debe suceder en las supertierras. Aunque no se sabe mucho sobre la geología de exoplanetas grandes. Por lo que, añaden, es necesario realizar más trabajos al respecto. En estudios anteriores, se ha planteado que las supertierras pueden tener una actividad geológica mucho más potente que la de nuestro planeta. Las placas tectónicas serían más finas.

También estarían sometidas a más estrés, así que la tectónica de placas sería más intensa. Pero otros estudios muestran, sin embargo, que las supertierras tendrían cortezas mucho más gruesas, y no habría tectónica de placas. En definitiva, no hay una opinión uniforme. De momento, todavía hay una laguna grande en la comprensión de la dinámica y estructura del interior de exoplanetas. Los experimentos en laboratorio serán un camino para seguir profundizando en las características de las supertierras de la Vía Láctea.

El descubrimiento de más exoplanetas, también, permitirá que ese conocimiento vaya aumentando poco a poco. De momento, lo que parece claro es que el interior de una supertierra va a mostrar características diferentes, en la estructura mineral, a lo que podemos ver en la Tierra. ¿Cómo afecta eso a la habitabilidad y a otros aspectos de supertierras? Está todavía por ver, pero en el camino seguro que hay hallazgos muy interesantes, y las supertierras todavía guardan muchas sorpresas, tanto en su química y física como, quizá, la posibilidad de albergar vida.

Estudio

El estudio es R. Dutta, S. Tracy, R. Cohen et al.; «Ultrahigh-pressure disordered eight-coordinated phase of Mg₂GeO₄: Analogue for super-Earth mantles». Publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences el 14 de febrero de 2022. Puede consultarse en este enlace.

Referencias: Universe Today