¿Vida en el exoplaneta K2-18b? A vueltas con el dimetilsulfuro en los mundos hiceánicos

Hace cosa de dos años el telescopio espacial James Webb (JWST) observó indicios de la presencia de dimetilsulfuro (DMS) en la atmósfera del exoplaneta K2-18b, un mundo situado a 124 años luz con un tamaño 2,63 veces el de la Tierra. La noticia llamó rápidamente la atención porque el DMS es un biomarcador, es decir, una sustancia asociada con la vida (en la Tierra, el DMS es fruto de la acción del fitoplancton oceánico). Además, a diferencia de otros biomarcadores como el oxígeno o el ozono, que también pueden ser creados por procesos no biológicos, se desconocen reacciones abióticas capaces de generar grandes cantidades de DMS. Por otro lado, K2-18b se encuentra en la parte interior de la zona habitable de su estrella, una enana roja de tipo espectral M2,5. Asimismo, también es candidato a ser un mundo hiceánico, como se denominan a los exoplanetas rodeados de una densa atmósfera de hidrógeno y cubiertos con océanos globales de agua (el término hiceánico’ proviene de la unión de las palabras hidrógeno y océano).

Estos mundos tienen entre 1 y 2,6 veces el radio de nuestro planeta y una masa de entre 1 y 10 masas terrestres. Al estar cubiertos por un océano global, hace años se sugirió que, de haber formas de vida similares al fitoplancton terrestre, la atmósfera de estos planetas podría ser rica en dimetilsulfuro y clorometano, compuestos creados por formas de vida marinas en la Tierra. Hasta aquí todo fantástico, pero el problema es que el anuncio de 2023 se basaba en las observaciones de solo dos tránsitos de K2-18b por delante de su estrella mediante el JWST, uno usando el instrumento NIRSpec y el otro el instrumento NIRISS, en el rango de 1 a 5 micras (infrarrojo cercano). Como resultado, la confianza estadística de la detección era inferior a 2 sigmas, lejos de los 3 sigmas que se consideran aceptables en astronomía para hablar de descubrimiento propiamente dicho. Vamos, todo un jarro de agua fría. Pero el equipo de investigadores, liderado por Nikku Madhusudhan (Universidad de Cambridge), no se rinde y ha seguido trabajando sin descanso: en un nuevo paper recién publicado insisten en la presencia de DMS en K2-18b.

Esta vez han usado el instrumento MIRI del JWST, que trabaja en el infrarrojo medio. La observación de la atmósfera de K2-18b tuvo lugar en un único tránsito de 2,68 horas de duración entre el 25 y el 26 de abril de 2024. En esta ocasión el equipo de Madhusudhan afirma que la confianza estadística de la detección de DMS en la atmósfera del planeta es de 3,4 sigmas, o sea, que estaríamos hablando de un descubrimiento claro. No obstante, persisten las dudas. Primero, no olvidemos que estamos hablando de un solo tránsito. Segundo, la confianza de 3,4 sigmas es sobre la seguridad de que MIRI realmente ha detectado algo en vez de nada (ese ‘algo’ son líneas espectrales en el intervalo de 6 a 12 micras), pero ese espectro no tiene que corresponder necesariamente al DMS. Madhusudhan y su equipo concluyen que solo el DMS o el dimetildisulfuro (DMDS) —una molécula relacionada con el DMS y que también es otro biomarcador— pueden explicar los datos porque otras moléculas candidatas no pueden estar presentes en la atmósfera del planeta. Pero esto es una afirmación bastante rotunda que requiere de una demostración un poco más sólida. De hecho, el equipo de Madhusudhan reconoce que solo ha estudiado veinte moléculas candidatas, una lista claramente no muy exhaustiva.

Por otro lado, recordemos que, a pesar de que K2-18b podría ser un mundo hiceánico, no estamos seguros de que así sea. Dependiendo de su densidad real —su radio se conoce con bastante precisión, pero las estimaciones de su masa varían entre 7 y 10 veces la terrestre—, es posible que estemos ante un minineptuno sin océanos y sin superficie sólida o un planeta rocoso con una densa atmósfera de hidrógeno, pero sin agua. Bien es cierto que el JWST ha detectado metano y dióxido de carbono en la atmósfera de K2-18b y no ha logrado descubrir amoniaco o monóxido de carbono, dos condiciones que deben cumplir las atmósferas de los mundos hiceánicos. La presencia de metano y dióxido de carbono, dos potenciales biomarcadores, junto con la de DMS y/o DMDS, favorecen que en este planeta pudiese existir alguna forma de vida, pero hay que insistir en que no se ha confirmado la presencia de agua —su firma espectral podría confundirse con la del metano— y, menos aún, que el planeta pueda estar rodeado por un océano global. En cualquier caso, la detección de DMS o DMDS por MIRI en el rango de 6 a 12 micras refuerza la posible detección por parte de NIRSpec en el intervalo de 1 a 5 micras o, al menos, no la contradice.

Al mismo tiempo, dada la importancia del DMS, en los últimos tiempos se ha puesto énfasis en buscar posibles procesos abióticos capaces de generar esta sustancia. En determinadas condiciones, el DMS aparece sin vida de por medio en mezclas gaseosas que contengan metano y sulfuro de hidrógeno cuando se someten a descargas eléctricas o radiación ultravioleta. Sin embargo, se trata de moléculas muy reactivas que desaparecen en menos de un día, de ahí que en la Tierra su concentración atmosférica sea inferior a 1 parte por billón (ppb) a pesar de ser sustancias creadas continuamente por el fitoplancton. En el caso de K2-18b estamos hablando de concentraciones enormes, por encima de 10 o 100 ppb. Los mecanismos abióticos conocidos son incapaces de explicar tal cantidad de DMS o DMDS y, además, el JWST no ha detectado sulfuro de hidrógeno en el planeta.

Resumiendo, la presencia de DMS o DMDS, o los dos tipos de moléculas, en K2-18b es a día de hoy bastante más sólida, pero todavía no podemos cantar victoria (con solo uno o tres tránsitos adicionales observados por MIRI se podría elevar la confianza estadística hasta 5 sigmas). Si nuevas observaciones confirman la existencia de estas sustancias y, además, logramos determinar mejor la densidad de este exoplaneta para asegurarnos de que es compatible con la existencia de un océano global, entonces sí que podremos señalar a la constelación de Leo y decir que ahí se encuentra K2-18b, el candidato a mundo habitable más robusto fuera del Sistema Solar. Mientras, solo podemos esperar… y soñar.

Referencias:

• https://arxiv.org/pdf/2504.12267

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