Un planeta nan de característiques úniques desafia el que sabíem sobre aquests astres

A uns 35 anys llum de la Terra, a la constel·lació de Volans, es troba l'estrella L 98-59, una nana vermella al voltant de la qual orbiten diversos planetes, inclòs l'exoplaneta petit L 98-59 d. Aquests astres, de baixa densitat, es formen per la intensa irradiació estel·lar, però la seva composició primordial i la seva evolució posterior són encara un misteri. Els astrònoms solen diferenciar dues categories: les "nanes gasoses" i els "mons aquàtics". Però L 98-59 d no encaixa en cap de les dues, segons les característiques observades a través del Telescopi Espacial James Webb (JWST). En canvi, sembla pertànyer a una classe de planeta completament diferent que conté molècules pesades de sofre.

Aquest planeta té una densitat especialment baixa, donada la seva grandària –que és aproximadament 1,6 vegades major que el de la Terra–, i conté quantitats significatives de sulfur d'hidrogen en la seva atmosfera. Aquest planeta "va ser descobert el 2019 gràcies al telescopi TESS i, posteriorment, es va observar amb el JWST", explica a Público Harrison Nicholls, físic de la Universitat d'Oxford i autor principal de l'article. "El nostre nou treball utilitza models informàtics per oferir una explicació de les observacions".

Al costat de científics de la Universitat de Groningen, la Universitat de Leeds i ETH Zúrich, l'equip d'investigació va reconstruir la història del planeta des de poc després del seu naixement fins a l'actualitat, un període de gairebé 5.000 milions d'anys. En vincular directament les observacions telescòpiques amb aquests models físics detallats de l'interior i l'atmosfera del planeta, van poder determinar què passa a les seves profunditats.

L'estudi, consultat per Público, conclou que les observacions realitzades "apunten a condicions geoquímiques a l'interior de L 98-59 d desconegudes en el Sistema Solar". Els resultats suggereixen que el seu mantell es compon de silicat -compostos de silici i oxigen- fos, un material molt similar a la lava de la Terra. De fet, "està compost per un oceà de magma permanent", que s'estén a milers de quilòmetres per sota. Aquest reservori permet al planeta emmagatzemar en les seves profunditats grans quantitats de sofre, i romanen aquí durant eons.

Un univers més divers del que crèiem

"Els principals mesuraments de què disposem per analitzar aquest planeta són la seva massa, el seu radi i la composició química de la seva atmosfera", indica Nicholls. "En combinar aquestes dades mitjançant models, s'observa que aquest planeta no encaixa en les categories existents de 'nana gasosa' i 'món aquàtic' ". En el primer cas, a causa de la presència de sofre, i en el segon, "perquè seria químicament inviable", apunta. "En canvi, la nostra hipòtesi d'un oceà de magma profund que emmagatzema eficaçment el sofre ofereix una explicació per a les dades observades".

L'oceà de magma també ajuda a L 98-59 d a retenir una atmosfera densa rica en hidrogen que conté gasos amb sofre, com el sulfur d'hidrogen (H2S). Normalment, aquest es perdria en l'espai-temps, a causa de la radiació de raigs X produïda per l'estrella amfitriona. No obstant això, durant milers de milions d'anys, els intercanvis químics entre el seu interior fos i la seva atmosfera han modelat el que els telescopis observen avui en aquest astre. Els investigadors suggereixen que L 98-59 d podria ser el primer membre reconegut d'una població més àmplia de planetes sulfurosos rics en gas que alberguen oceans de magma de llarga durada. Si és així, la diversitat de mons a la nostra galàxia podria ser fins i tot més gran del que es creia.

"Aquest descobriment suggereix que les categories que els astrònoms utilitzen actualment per descriure els planetes petits podrien ser massa simplistes", declara el físic en un comunicat. "Si bé és improbable que aquest planeta fos albergui vida, reflecteix la gran diversitat de mons que existeixen més enllà del Sistema Solar. La pregunta aleshores és: Quins altres tipus de planetes esperen ser descoberts?"

Com el sofre dóna forma al planeta

Les observacions del JWST realitzades el 2024 van indicar la presència de diòxid de sofre, entre altres gasos, a les capes altes de l'atmosfera de L 98-59 d. "El sofre és un element interessant perquè els seus àtoms poden albergar diferents nombres d'electrons", comenta Nicholls a aquest mitjà. En aquest cas, el fet que aquest material formi principalment H2S significa "que es presenta com un ió S2-". Aquest tipus d'ions "poden dissoldre's en la roca fosa –una mica com el CO2 es dissol en l'aigua–, la qual cosa proporciona proves de l'existència d'un oceà de magma al planeta i explica com aquest planeta va conservar la seva atmosfera al llarg dels seus 5.000 milions d'anys de vida", aclareix el científic.

Segons les simulacions, L 98-59 d probablement es va formar amb una gran quantitat de material volàtil. Al llarg de milers de milions d'anys, es va anar reduint gradualment en refredar-se i perdre part de la seva atmosfera. Els oceans de magma representen els estats inicials universals de tots els planetes rocosos –inclosa la Terra i Mart–, per la qual cosa els nous coneixements sobre la física dels oceans de magma poden brindar-nos informació sobre el nostre propi món i la història del seu origen.

Reconstruir el passat profund

"El més emocionant és que podem utilitzar models informàtics per desvetllar l'interior ocult d'un planeta que mai visitarem", destaca en un comunicat Raymond Pierrehumbert, també físic a la Universitat d'Oxford i coautor de l'estudi. "Encara que els astrònoms només poden mesurar la mida, la massa i la composició atmosfèrica d'un planeta des de la distància, aquesta investigació demostra que és possible reconstruir el passat remot d'aquests mons estranys i descobrir planetes que no tenen equivalent en el nostre propi Sistema Solar".

"Els nostres models informàtics simulen diversos processos planetaris, el que ens permet retrocedir en el temps i comprendre com va evolucionar aquest inusual exoplaneta rocós", diu Richard Chatterjee, també coautor i investigador tant a Oxford com a Leeds. Investigacions posteriors podrien revelar que els planetes amb olors penetrants són sorprenentment comuns".

El telescopi espacial James Webb proporciona una gran quantitat de dades noves, i s'esperen més de les properes missions Ariel i PLAT. L'equip de recerca pretén aplicar les seves simulacions per cartografiar la diversitat de mons més enllà del Sistema Solar i establir connexions amb els seus orígens. D'aquesta manera, els científics busquen comprendre com es formen els planetes, com evolucionen i, per tant, també predir quins podrien ser habitables –o no–.