K2-18b: Un Mundo Subneptuniano en la Zona Habitable Bajo la Lupa del JWST

I. Introducción: K2-18b – Un Punto Focal en la Ciencia Exoplanetaria

A. Significado

El exoplaneta K2-18b se ha convertido en un objeto de intenso interés científico, destacándose como un objetivo primordial para los estudios atmosféricos en la búsqueda de mundos más allá de nuestro Sistema Solar.¹ Su importancia radica en su ubicación dentro de la zona habitable de su estrella anfitriona y sus características físicas únicas, que lo sitúan en una categoría intermedia entre los planetas terrestres como la Tierra y los gigantes helados como Neptuno.¹ Esta posición lo convierte en un laboratorio natural crucial para comprender la diversidad planetaria y explorar la posibilidad de habitabilidad y la presencia de biofirmas químicas en otros mundos.⁵ La investigación sobre K2-18b está a la vanguardia de la exoplanetología, impulsando nuestra comprensión de las atmósferas planetarias y los entornos potencialmente habitables.⁹

B. Contexto del Descubrimiento

K2-18b fue descubierto en el año 2015 utilizando datos del Telescopio Espacial Kepler de la NASA, durante la extensión de su misión conocida como K2.³ La detección se realizó mediante el método de tránsito, que consiste en observar la ligera disminución del brillo de una estrella cuando un planeta pasa por delante de ella desde nuestra perspectiva.¹ Este método no solo confirma la presencia del planeta, sino que también permite determinar su tamaño y período orbital, y abre la puerta al estudio de su atmósfera.

C. Alcance del Informe

Este informe tiene como objetivo sintetizar el conocimiento científico actual sobre K2-18b, basándose en la investigación disponible. Se abordará su localización en el cosmos, las propiedades de su sistema estelar, sus características planetarias, la composición de su atmósfera revelada por datos espectroscópicos (con especial énfasis en los hallazgos del Telescopio Espacial James Webb sobre metano, dióxido de carbono y la posible señal de sulfuro de dimetilo), y una evaluación detallada de su habitabilidad, incluyendo su posición en la zona habitable y los desafíos asociados.

II. Localización de K2-18b: Posición en el Cosmos

A. Constelación

El sistema planetario K2-18, que incluye al exoplaneta K2-18b, se encuentra en la constelación de Leo.¹ Sus coordenadas celestiales precisas son: Ascensión Recta 11h 30m 14.5s y Declinación +07° 35′ 18.3″ (Época J2000.0).³ Esta ubicación lo sitúa en una región del cielo bien observable desde el hemisferio norte terrestre durante ciertas épocas del año.

B. Distancia

La distancia estimada al sistema K2-18 ha sido refinada con el tiempo. Si bien algunas fuentes tempranas o redondeadas mencionan distancias de alrededor de 110 a 120 años luz ⁴, los datos astrométricos más precisos, especialmente los provenientes de la misión Gaia, sitúan al sistema a aproximadamente 124.3 ± 0.1 años luz (ly) de la Tierra, lo que equivale a 38.10 ± 0.04 parsecs (pc).³ En términos astronómicos, esta distancia se considera relativamente cercana.²²

Esta proximidad es un factor clave que facilita su estudio detallado. Al estar más cerca, la luz de la estrella anfitriona llega con mayor intensidad, y el tamaño angular del sistema en el cielo es mayor. Esto es fundamental para la técnica de espectroscopía de transmisión, ya que permite que telescopios potentes como el Hubble y, especialmente, el James Webb (JWST), capturen y analicen la diminuta fracción de luz estelar que atraviesa la atmósfera del planeta durante un tránsito.¹ Sin esta relativa cercanía, las señales extremadamente débiles que revelan la composición atmosférica serían mucho más difíciles, si no imposibles, de detectar y analizar con la tecnología actual. La distancia, por tanto, no es solo un dato posicional, sino una condición habilitante para la caracterización atmosférica avanzada que ha hecho famoso a K2-18b.

III. El Sistema K2-18: Estrella Anfitriona y Compañero(s) Planetario(s)

A. La Estrella Anfitriona: K2-18

1. Clasificación: La estrella K2-18, también catalogada como EPIC 201912552, es una enana roja.³ Su tipo espectral se clasifica como M2.5V a M3V.³ Las enanas rojas son el tipo de estrella más común en la Vía Láctea, caracterizadas por ser significativamente más pequeñas, frías y tenues que nuestro Sol.³ K2-18 no es visible a simple vista desde la Tierra.¹³
2. Parámetros Físicos: Los parámetros físicos estimados para K2-18 son cruciales para entender el entorno de K2-18b:

• Masa: Estimada entre 0.36 y 0.495 masas solares (M⊙​), con mediciones más precisas apuntando a 0.495±0.004M⊙​.³
• Radio: Estimado entre 0.41 y 0.469 radios solares (R⊙​), con mediciones más precisas de 0.469±0.010R⊙​.³
• Temperatura Efectiva: Se sitúa en el rango de 3457 K a 3645 K.³
• Luminosidad: Emite solo alrededor del 2.3% de la luminosidad del Sol (0.0234L⊙​).³
• Metalicidad: Su contenido en metales (elementos más pesados que el hidrógeno y el helio) es similar o ligeramente superior al del Sol ([Fe/H] entre -0.02 y +0.1 dex).³
• Edad: Se estima que tiene entre 2.4 y 3.1 mil millones de años (Gyr).³

3. Actividad Estelar: K2-18 muestra una actividad estelar moderada.¹³ Aunque no se considera extremadamente activa, como enana roja, es probable que emita niveles más altos de radiación ultravioleta (UV) y de rayos X que el Sol, y que experimente erupciones estelares (llamaradas).⁶ La presencia de manchas estelares, análogas a las manchas solares, también es posible y podría complicar la interpretación de los datos de tránsito al introducir señales espurias.¹³ Esta actividad es un factor crítico a considerar al evaluar la habitabilidad potencial de K2-18b.²⁰

El hecho de que K2-18 sea una enana roja tiene implicaciones profundas para sus planetas. Su baja luminosidad significa que la zona habitable, donde podría existir agua líquida, está mucho más cerca de la estrella que en el caso del Sol.²⁴ Esta proximidad aumenta drásticamente la probabilidad de que los planetas estén anclados por marea (mostrando siempre la misma cara a la estrella) y los expone a una mayor dosis de radiación estelar y vientos estelares potencialmente erosivos.⁶ Por otro lado, las enanas rojas tienen vidas útiles extremadamente largas, del orden de cientos de miles de millones o incluso billones de años, mucho más que los ~10 mil millones de años del Sol.²⁴ Esto ofrecería escalas de tiempo vastas para la posible aparición y evolución de la vida. Además, el espectro de luz emitido por K2-18 está desplazado hacia el rojo y el infrarrojo en comparación con el Sol, lo que presentaría desafíos diferentes para procesos como la fotosíntesis.²⁴

Tabla 1: Comparación de Parámetros Estelares: K2-18 vs. Sol

³

Esta tabla resalta las diferencias fundamentales entre K2-18 y nuestro Sol, subrayando el entorno único en el que existe K2-18b.

B. Compañeros Planetarios: K2-18c

1. Descubrimiento: Además de K2-18b, se descubrió un segundo planeta en el sistema, denominado K2-18c, en 2017.³ Su detección se realizó mediante la técnica de velocidad radial, utilizando el espectrógrafo HARPS, que mide el ligero bamboleo de la estrella causado por la atracción gravitatoria de sus planetas.¹⁸
2. Propiedades: K2-18c tiene una masa mínima estimada (Mp​sini) de entre 5.6 y 7.5 masas terrestres (M⊕​).³ Orbita mucho más cerca de la estrella que K2-18b, con un período orbital de aproximadamente 9 días y un semieje mayor de alrededor de 0.06 a 0.07 unidades astronómicas (AU).³
3. Estado: A diferencia de K2-18b, K2-18c no transita la estrella desde nuestra perspectiva, lo que limita nuestro conocimiento sobre su radio y densidad.³ Algunas bases de datos y estudios han marcado su estado como «controvertido» o que requiere confirmación adicional.¹⁸ Las simulaciones de interacciones de marea en el sistema sugieren que K2-18c también podría ser un planeta rico en gas, similar a un mini-Neptuno, como se sospecha de K2-18b.³ Orbita dentro de la órbita de K2-18b.³

La presencia de K2-18c no es trivial para K2-18b. Los planetas en un sistema interactúan gravitacionalmente. K2-18c, al orbitar más cerca y tener una masa considerable, ejerce una influencia gravitatoria sobre K2-18b. Se ha sugerido que podrían estar cerca de una resonancia de movimiento medio (próxima a una relación 4:1 en sus períodos orbitales) y que sus órbitas podrían no ser coplanares (no estar en el mismo plano).³ Estas interacciones dinámicas, que ocurren a lo largo de escalas de tiempo geológicas, podrían afectar la excentricidad (cuán elíptica es la órbita) y la inclinación de la órbita de K2-18b.²¹ Cambios en estos parámetros orbitales podrían, a su vez, influir en la estabilidad climática del planeta y potencialmente inducir calentamiento interno por fuerzas de marea, aunque se considera que este último efecto es probablemente secundario para la temperatura superficial de K2-18b.²¹ La dinámica del sistema completo es, por tanto, un factor adicional a considerar en la evaluación de K2-18b.

IV. K2-18b: Características Físicas y Clasificación

A. Propiedades Medidas

Las observaciones han permitido determinar varias propiedades físicas clave de K2-18b:

• Masa: Consistentemente estimada en torno a 8.63 – 8.92 M⊕​.¹ Es significativamente más masivo que la Tierra.
• Radio: Medido a través de tránsitos, se sitúa entre 2.37 y 2.71 radios terrestres (R⊕​), con valores precisos alrededor de 2.610±0.087R⊕​.³ Es considerablemente más grande que la Tierra.
• Densidad: La densidad media calculada a partir de la masa y el radio varía ligeramente entre fuentes, pero se encuentra en el rango de 2.67 a 4.01 g/cm³.¹⁴ Este valor es notablemente inferior a la densidad de la Tierra (~5.5 g/cm³) pero superior a la de Neptuno (~1.6 g/cm³).¹³
• Período Orbital: Completa una órbita alrededor de K2-18 cada 32.94 días.³
• Semieje Mayor: Orbita a una distancia media de su estrella de aproximadamente 0.14 a 0.16 AU.³
• Excentricidad Orbital: Existe cierta incertidumbre, con algunas fuentes sugiriendo una órbita de baja excentricidad ³ y otras indicando una excentricidad moderada de ~0.2.¹¹ Este valor influye en si el planeta está completamente anclado por marea o podría estar en una resonancia espín-órbita, como Mercurio.²¹
• Temperatura de Equilibrio: Estimada entre 250 K y 275 K (aproximadamente -23 °C a +2 °C), asumiendo un albedo (reflectividad) similar al de los planetas del Sistema Solar (p. ej., albedo de Bond ~0.3).¹⁴ Es importante recalcar que esta es una temperatura teórica que no considera el efecto invernadero de una posible atmósfera, que podría elevar significativamente la temperatura superficial real.
• Gravedad Superficial: Estimada entre 1.18 y 1.66 veces la gravedad terrestre (g), es decir,  11.6−16.3m/s2.¹⁴

B. Debate sobre la Clasificación: ¿Super-Tierra, Sub-Neptuno o Mini-Neptuno?

1. Ambigüedad: K2-18b pertenece a una clase de exoplanetas con tamaños y masas intermedias entre la Tierra y Neptuno, una categoría que no tiene análogos en nuestro propio Sistema Solar.¹ Esta falta de ejemplos cercanos dificulta su clasificación precisa y la comprensión de su naturaleza.¹
2. Super-Tierra: Inicialmente y en algunas ocasiones, K2-18b ha sido denominado «Super-Tierra», un término generalmente basado en la masa (mayor que la Tierra pero menor que los gigantes gaseosos/helados).⁶
3. Sub-Neptuno/Mini-Neptuno: Sin embargo, basándose en su radio relativamente grande (~2.6 R⊕​) y su densidad comparativamente baja, la clasificación más aceptada actualmente es la de «sub-Neptuno» o «mini-Neptuno».¹ Existe un umbral de radio, estimado en torno a 1.6-2 R⊕​, por encima del cual se espera teóricamente que los planetas retengan envolturas significativas de volátiles (principalmente hidrógeno y helio) sobre un núcleo rocoso/helado, en lugar de ser predominantemente rocosos como la Tierra.² K2-18b supera claramente este umbral.
4. Implicaciones: Esta distinción es fundamental para evaluar la habitabilidad. Un mini-Neptuno probablemente posee una atmósfera espesa y rica en hidrógeno, y podría carecer de una superficie sólida definida, o tenerla bajo presiones atmosféricas inmensas, condiciones muy diferentes a las de una Super-Tierra rocosa.²

La combinación de masa y radio de K2-18b lo sitúa en una «brecha» observacional y teórica entre los planetas claramente rocosos y los gigantes gaseosos/helados. Su densidad media (~2.7-4.0 g/cm³) indica que no puede estar compuesto únicamente de roca y hierro como la Tierra (que tiene ~5.5 g/cm³), ni ser un gigante de baja densidad como Neptuno (~1.6 g/cm³). Necesariamente debe contener una fracción significativa de materiales de menor densidad.²⁸ Sin embargo, la densidad por sí sola no permite distinguir de forma inequívoca entre diferentes estructuras internas. Un núcleo rocoso/helado relativamente pequeño con una envoltura de hidrógeno muy extensa podría tener la misma masa y radio (y por tanto, la misma densidad media) que un planeta con un núcleo más grande rodeado por una capa masiva de agua/hielo y una atmósfera más modesta.¹³ Esta «degeneración» en los modelos de estructura interna es la raíz del debate científico sobre la verdadera naturaleza de K2-18b y alimenta las hipótesis contrapuestas (mundo Hycean vs. mini-Neptuno vs. océano de magma).²

Tabla 2: Comparación de Parámetros Físicos: K2-18b vs. Tierra y Neptuno

¹

Esta tabla ilustra cuantitativamente la naturaleza intermedia de K2-18b y por qué se considera «diferente a todo lo conocido en nuestro Sistema Solar».¹

V. Desvelando la Atmósfera: Perspectivas Espectroscópicas

A. Metodología: Espectroscopía de Transmisión

La composición de la atmósfera de K2-18b se estudia mediante una técnica denominada espectroscopía de transmisión.¹ Durante un tránsito planetario, una pequeña fracción de la luz de la estrella K2-18 atraviesa la atmósfera de K2-18b antes de llegar a nuestros telescopios. Los diferentes gases presentes en la atmósfera absorben la luz estelar en longitudes de onda específicas y características. Al analizar el espectro de la luz de la estrella antes, durante y después del tránsito, los astrónomos pueden identificar estas absorciones, que actúan como «huellas dactilares» químicas, revelando qué moléculas están presentes en la atmósfera del planeta.¹ Esta técnica requiere instrumentos de alta precisión y sensibilidad, siendo los telescopios espaciales como el Hubble (HST) y el James Webb (JWST) herramientas fundamentales para estas observaciones.¹

B. Observaciones Iniciales (Telescopio Espacial Hubble – HST)

En 2019, dos equipos de investigación independientes, utilizando datos de archivo del HST (principalmente del instrumento WFC3 en el rango de 1.1-1.7 micrómetros, μm), anunciaron la detección de vapor de agua (H2​O) en la atmósfera de K2-18b.¹ Este hallazgo fue muy significativo, ya que representó la primera detección de vapor de agua en la atmósfera de un exoplaneta situado dentro de la zona habitable de su estrella.¹ Junto con el agua, también se sugirió la presencia de hidrógeno y helio, consistentes con una atmósfera extendida.⁶

Sin embargo, pronto surgieron debates y cautelas sobre esta interpretación. La limitada cobertura espectral del Hubble en el infrarrojo cercano hacía difícil distinguir inequívocamente la señal del agua de la del metano (CH4​), ya que ambas moléculas pueden absorber luz en longitudes de onda similares dentro del rango observado por el WFC3.⁴ Esta posible «degeneración» espectral, junto con la preocupación por la posible influencia de la actividad estelar (manchas estelares no ocultas por el planeta durante el tránsito) en la señal medida, generó incertidumbre sobre la robustez de la detección de agua.²¹

C. Revelaciones del Telescopio Espacial James Webb (JWST)

La llegada del JWST, con sus instrumentos más avanzados y una cobertura de longitud de onda mucho más amplia, ha sido transformadora para el estudio de K2-18b.

1. Instrumentación: Las observaciones clave se han realizado con los espectrógrafos NIRISS y NIRSpec, que cubren el infrarrojo cercano (aproximadamente 0.8-5 μm), y el instrumento MIRI, que opera en el infrarrojo medio (~6-12 μm).¹ Esta combinación proporciona una visión mucho más completa del espectro de transmisión que la que podía ofrecer el Hubble.
2. Detecciones Confirmadas: Los datos del JWST han confirmado de manera robusta la presencia de Metano (CH4​) y Dióxido de Carbono (CO2​) en la atmósfera de K2-18b, con abundancias significativas estimadas en torno al 1% para cada molécula.¹ Este fue el primer descubrimiento de moléculas basadas en carbono en la atmósfera de un exoplaneta dentro de la zona habitable.⁵
3. Reevaluación del Vapor de Agua: El espectro más amplio del JWST resolvió la ambigüedad anterior: la característica espectral que el Hubble había atribuido tentativamente al agua se identificó claramente como debida al metano.¹⁶ Si bien la presencia de agua en K2-18b sigue siendo plausible (y es un componente clave de la hipótesis del mundo Hycean), su detección directa en las capas atmosféricas observadas por JWST es incierta. Los datos sugieren concentraciones muy bajas (<0.1%) en la estratosfera observada, lo que podría explicarse por la existencia de una «trampa fría» eficiente en la atmósfera inferior que congela el vapor de agua antes de que alcance altitudes mayores.²¹
4. No Detección de Amoníaco (NH3​): Un resultado igualmente significativo de las observaciones del JWST es la ausencia de una señal detectable de amoníaco.¹ En atmósferas ricas en hidrógeno y a las temperaturas esperadas para K2-18b, se predeciría químicamente la presencia de amoníaco si no existieran otros procesos que lo eliminaran.
5. Implicaciones de la Composición: La combinación específica de gases detectada –abundancia de CH4​ y CO2​, junto con la escasez de NH3​– se considera una evidencia clave que apoya la hipótesis del «mundo Hycean».¹ En este escenario, un océano de agua líquida en la superficie actuaría como un sumidero para el amoníaco (que es muy soluble en agua), explicando su ausencia en la atmósfera superior observada. Este particular desequilibrio químico (coexistencia de CH4​ y CO2​, falta de NH3​) es más difícil de explicar mediante modelos atmosféricos estándar de mini-Neptunos sin un océano.¹⁶

Los resultados atmosféricos de K2-18b ilustran vívidamente el salto cualitativo en capacidad que representa el JWST respecto a telescopios anteriores como el Hubble. La mayor precisión y, sobre todo, la cobertura espectral extendida del JWST fueron cruciales para resolver la ambigüedad entre H2​O y CH4​ presente en los datos del Hubble, permitiendo la detección inequívoca de CH4​ y CO2​, estableciendo límites estrictos a la abundancia de NH3​, y revelando la intrigante (aunque aún tentativa) señal de DMS/DMDS.¹ Esta progresión demuestra cómo las capacidades observacionales mejoradas conducen directamente a una comprensión científica refinada y, en ocasiones, drásticamente diferente, de sistemas complejos como las atmósferas exoplanetarias.

Tabla 3: Resumen de Detecciones Atmosféricas (Hubble vs. JWST)

¹

VI. La Cuestión de la Habitabilidad: Potencial y Desafíos

Evaluar la habitabilidad de K2-18b es una tarea compleja que va más allá de su composición atmosférica e implica considerar múltiples factores.

A. Ubicación en la Zona Habitable

1. Definición: La zona habitable circumestelar, a menudo llamada «zona Ricitos de Oro», se define clásicamente como la región orbital alrededor de una estrella donde las temperaturas permitirían la existencia de agua líquida en la superficie de un planeta con una atmósfera adecuada.¹
2. Órbita de K2-18b: Se confirma que K2-18b orbita dentro de la zona habitable calculada para su estrella anfitriona, la enana roja K2-18.¹ El semieje mayor de K2-18b (~0.15 AU) se sitúa dentro de las estimaciones de la zona habitable para K2-18. Por ejemplo, utilizando los criterios de Kopparapu et al. (2013), el límite interior (efecto invernadero desbocado para un planeta similar a la Tierra) se estima en ~0.15 AU y el límite exterior (máximo efecto invernadero) en ~0.30 AU.²³ La órbita de K2-18b se encuentra justo en el borde interior o ligeramente dentro de esta zona, dependiendo de la definición exacta utilizada.³⁴
3. Insolación: A pesar de orbitar mucho más cerca de su estrella que la Tierra del Sol, K2-18b recibe una cantidad de radiación estelar (insolación) comparable a la que recibe la Tierra, estimada entre 1.22 y 1.44 kW/m².¹⁵ Esto se debe a la baja luminosidad intrínseca de la enana roja K2-18.

B. La Hipótesis del Mundo Hycean

1. Concepto: Los «mundos Hycean» (del inglés hydrogen + ocean) son una clase teórica de exoplanetas propuestos recientemente.¹ Se caracterizan por poseer océanos de agua líquida que cubren toda o la mayor parte de su superficie, bajo atmósferas extensas y ricas en hidrógeno.¹ Se consideran entornos potencialmente prometedores para la búsqueda de vida, ya que la combinación de agua líquida y una atmósfera podría sustentar procesos biológicos.¹
2. Evidencia para K2-18b: K2-18b se ha convertido en el principal candidato a mundo Hycean conocido hasta la fecha.⁵ Las razones incluyen: su ubicación en la zona habitable, su tamaño y masa intermedios, y, de manera crucial, los hallazgos atmosféricos del JWST.¹ La detección de CH4​ y CO2​ junto con la ausencia de NH3​ coincide notablemente con las predicciones teóricas para las atmósferas Hycean, donde se postula que el océano superficial disolvería eficazmente el amoníaco, impidiendo su acumulación en las capas atmosféricas superiores observables.¹

C. Interpretaciones Alternativas

A pesar del atractivo de la hipótesis Hycean, existen interpretaciones alternativas plausibles para las propiedades observadas de K2-18b:

1. Mini-Neptuno Rico en Gas: Una explicación alternativa destacada propone que K2-18b podría ser un mini-Neptuno rico en gas sin una superficie u océano definidos.¹⁶ Según esta visión, la química atmosférica observada (CH4​, CO2​, sin NH3​) podría explicarse mediante procesos puramente abióticos en las profundidades de una atmósfera densa y caliente, como el «apagado» (quenching) termoquímico y la cinética de las reacciones químicas, sin necesidad de invocar un océano superficial o actividad biológica.³²
2. Mundo con Océano de Magma: Otra posibilidad sugerida por algunos modelos es que K2-18b podría albergar un océano de magma en lugar de agua.²¹ Se argumenta que este escenario también podría ser compatible con el espectro atmosférico observado por el JWST, aunque podría tener dificultades para explicar las concentraciones específicas de óxidos de carbono.²¹
3. Argumentos Basados en Tamaño/Densidad: Como se mencionó anteriormente, el gran radio de K2-18b (>2 R⊕​) y su densidad relativamente baja hacen improbable una composición puramente rocosa.² Esto favorece modelos que incluyen envolturas volátiles significativas (ya sea gas H/He o potencialmente grandes cantidades de agua/hielo). Algunos investigadores argumentan que su tamaño lo clasifica intrínsecamente como más similar a Neptuno que a la Tierra, independientemente de la presencia de agua.²

La existencia de estas interpretaciones alternativas subraya una realidad fundamental en la ciencia exoplanetaria: nuestra comprensión de la naturaleza de mundos como K2-18b depende en gran medida de los modelos teóricos utilizados para interpretar los datos observacionales limitados de los que disponemos (principalmente masa, radio y espectros atmosféricos).¹⁶ No podemos ver directamente la superficie o el interior. Para conectar las mediciones globales (densidad) y las muestras atmosféricas superiores (espectros) con una imagen física coherente (¿océano?, ¿envoltura gaseosa?), los científicos construyen modelos computacionales complejos que incorporan física y química.¹³ El hecho de que diferentes modelos plausibles (Hycean, mini-Neptuno, océano de magma) puedan, hasta cierto punto, reproducir los datos del JWST ¹⁶ pone de manifiesto las incertidumbres inherentes y la necesidad de más datos o modelos más refinados para poder discriminar entre ellos.

D. Potenciales Biofirmas: La Señal del Sulfuro de Dimetilo (DMS)

La detección, aunque tentativa, de sulfuro de dimetilo (DMS) y/o disulfuro de dimetilo (DMDS) en la atmósfera de K2-18b ha generado un enorme interés y debate.

1. Indicio Inicial y Seguimiento: El primer indicio de DMS surgió de los datos iniciales de JWST (NIRISS/NIRSpec) publicados en 2023.¹ Informes posteriores en 2025, basados en nuevas observaciones con el instrumento MIRI del JWST en el infrarrojo medio, presentaron evidencia independiente y más fuerte (con una significancia estadística de 3$\sigma$) para la presencia de DMS y/o DMDS.⁵ Los datos actuales dificultan la distinción entre ambas moléculas.⁷
2. Significado como Biofirma: La razón del entusiasmo es que, en la Tierra, tanto el DMS como el DMDS son producidos casi exclusivamente por procesos biológicos, principalmente por organismos marinos como el fitoplancton.¹ El DMS, en particular, tiene una vida atmosférica relativamente corta, por lo que su presencia sostenida implicaría una fuente activa que lo repone continuamente.²¹
3. Anomalía de Concentración: Un aspecto intrigante es que las concentraciones estimadas de DMS/DMDS en K2-18b (del orden de >10 partes por millón) parecen ser miles de veces superiores a las encontradas en la atmósfera terrestre (<1 parte por billón).⁵ Algunos investigadores argumentan que estas altas concentraciones refuerzan la hipótesis de un origen biológico, aunque esta interpretación requiere una confirmación robusta.
4. Confianza Estadística y Escepticismo: Es crucial entender el nivel de confianza estadística. Una detección a 3$\sigma$ (tres sigma) implica que hay una probabilidad de aproximadamente 0.3% de que la señal observada sea una fluctuación aleatoria del ruido en lugar de una detección real.⁷ Si bien esto representa una evidencia fuerte, está por debajo del umbral de 5$\sigma$ (probabilidad de azar inferior a 0.00006%) que se considera el «estándar de oro» en física y astronomía para clamar un descubrimiento definitivo.⁵ En consecuencia, existe un escepticismo considerable dentro de la comunidad científica, tanto sobre la robustez de la detección en sí como sobre su interpretación como una biofirma inequívoca.⁵
5. Alternativas Abióticas: Incluso si se confirma la presencia de DMS/DMDS, no implica automáticamente la existencia de vida. Se deben explorar y descartar posibles fuentes abióticas (no biológicas).¹⁷ Se ha detectado DMS en un cometa dentro de nuestro Sistema Solar, lo que plantea la posibilidad de su formación en entornos sin vida.⁴³ Además, la química atmosférica única de un mundo como K2-18b podría dar lugar a vías de producción de DMS/DMDS desconocidas en la Tierra.⁵

El caso del DMS/DMDS en K2-18b ilustra perfectamente la enorme carga de la prueba necesaria para afirmar la detección de vida extraterrestre. Una molécula fuertemente asociada con la vida en la Tierra, como el DMS, debe superar dos obstáculos críticos: primero, la certeza de su detección (el debate 3$\sigma$ vs 5$\sigma$) y, segundo, la exclusión rigurosa de cualquier posible vía de producción abiótica en el entorno alienígena específico.⁵ Las altas concentraciones reportadas, aunque utilizadas por algunos para apoyar un origen biológico, también podrían indicar una química fundamentalmente diferente y no biológica en K2-18b. La ciencia exige un escepticismo riguroso ante afirmaciones tan extraordinarias.

E. Desafíos para la Habitabilidad

Más allá de la composición atmosférica y la posible presencia de biofirmas, K2-18b enfrenta varios desafíos significativos para ser considerado habitable en un sentido similar a la Tierra:

1. Actividad de la Enana Roja: K2-18, como muchas enanas rojas, presenta niveles de actividad estelar que podrían ser perjudiciales para la vida tal como la conocemos.⁶ La exposición a altos niveles de radiación UV y de rayos X, así como a potentes llamaradas estelares y vientos estelares intensos, podría erosionar la atmósfera del planeta (especialmente eliminando elementos ligeros como el hidrógeno) y esterilizar su superficie.²⁰ Se espera que la radiación estelar impulse un escape atmosférico significativo.²¹
2. Anclaje por Marea: Dada su proximidad a la estrella K2-18, es muy probable que K2-18b esté anclado por marea, lo que significa que siempre presenta la misma cara hacia la estrella (un hemisferio diurno perpetuo y un hemisferio nocturno perpetuo), o que se encuentre en una resonancia espín-órbita.¹³ Esto podría generar diferencias de temperatura extremas entre ambos hemisferios y vientos globales muy fuertes, aunque la circulación atmosférica podría mitigar parcialmente estas diferencias.¹³
3. Condiciones Superficiales: Existe una gran incertidumbre sobre las condiciones reales en la «superficie» de K2-18b. Si posee un océano de agua, su temperatura, presión y composición son desconocidas. Algunos modelos sugieren que las condiciones podrían ser extremadamente calientes («infernalmente calientes»), posiblemente debido a un efecto invernadero desbocado o a un calentamiento interno significativo, llegando incluso a plantear la posibilidad de océanos de lava en lugar de agua.⁵ Si K2-18b es un mini-Neptuno, podría no tener una superficie sólida o líquida definida, sino una transición gradual a fluidos densos y hielo bajo presiones atmosféricas aplastantes.² Además, su gran masa y radio sugieren la probable existencia de un manto masivo de hielo a alta presión bajo cualquier posible océano, lo que podría inhibir interacciones geoquímicas entre la roca y el agua, consideradas importantes para la habitabilidad a largo plazo en la Tierra.¹²
4. Composición/Presión Atmosférica: Una atmósfera espesa y rica en hidrógeno, aunque podría ayudar a mantener temperaturas superficiales por encima del punto de congelación del agua, también implicaría presiones superficiales enormes, miles o decenas de miles de veces superiores a la de la Tierra, creando un entorno muy diferente al nuestro.¹³ La presencia de nubes o neblinas (posiblemente de agua, sulfuros u otros compuestos) también afectaría el balance energético, la temperatura superficial y la observabilidad.¹³

En conjunto, estos factores demuestran que la habitabilidad es un concepto multifacético. La simple ubicación de K2-18b dentro de la zona habitable clásica, definida por la posibilidad de agua líquida basada en la insolación estelar, es solo el punto de partida.⁶ Su gran tamaño (que implica alta gravedad y presión), su probable naturaleza de mini-Neptuno, el anclaje por marea y el entorno de radiación potencialmente hostil de su estrella enana roja presentan desafíos considerables, quizás insuperables, para la habitabilidad de tipo terrestre, incluso si existiera agua líquida en alguna parte del planeta.² La evaluación completa de su potencial para albergar vida requiere considerar todas estas complejidades ambientales.

VII. Conclusión: K2-18b – Una Investigación en Curso y Perspectivas Futuras

A. Resumen del Conocimiento Actual

K2-18b se erige como un fascinante exoplaneta de tipo sub-Neptuno, orbitando dentro de la zona habitable de su estrella enana roja K2-18. Las observaciones, especialmente las del JWST, han revelado una atmósfera rica en hidrógeno que contiene cantidades significativas de metano (CH4​) y dióxido de carbono (CO2​), mientras que carece de amoníaco (NH3​) detectable. Esta composición química apoya la intrigante hipótesis de que K2-18b podría ser un «mundo Hycean», con un vasto océano de agua bajo su atmósfera gaseosa. Sin embargo, esta interpretación se enfrenta a modelos alternativos que sugieren que podría ser un mini-Neptuno sin océano o incluso un mundo con un océano de magma. La reciente y reforzada, aunque aún no definitiva (3$\sigma$), detección de DMS y/o DMDS, moléculas fuertemente asociadas con la vida en la Tierra, ha intensificado el interés científico y el debate sobre la posible presencia de una biosfera en este mundo lejano.

B. Un Laboratorio para la Ciencia Exoplanetaria

Independientemente de su habitabilidad real, K2-18b es de una importancia fundamental para la ciencia exoplanetaria. Sirve como un objeto de referencia crucial para estudiar las atmósferas de los sub-Neptunos, una clase de planetas abundante en la galaxia pero ausente en nuestro Sistema Solar.¹ Las observaciones de K2-18b permiten poner a prueba y refinar los modelos de formación, evolución y química atmosférica planetaria, especialmente para mundos que desafían nuestras clasificaciones basadas en el Sistema Solar.

C. Observaciones Futuras

La investigación sobre K2-18b está lejos de haber concluido. Se necesitan urgentemente observaciones adicionales con el JWST para abordar las preguntas pendientes.¹² Obtener más datos de tránsito, utilizando instrumentos como MIRI y NIRSpec, es esencial para:

• Confirmar (o refutar) la señal de DMS/DMDS y alcanzar una significancia estadística de 5$\sigma$, el estándar para un descubrimiento robusto.⁵
• Intentar diferenciar entre DMS y DMDS, lo que podría ofrecer pistas adicionales sobre su origen.⁷
• Refinar las mediciones de abundancia de todos los gases detectados y buscar otras moléculas potencialmente presentes.¹
• Mejorar la caracterización de nubes y/o neblinas en la atmósfera.²¹
• Proporcionar datos más estrictos para constreñir los modelos atmosféricos e internos y ayudar a discriminar entre las hipótesis Hycean, mini-Neptuno y otras.³²

Se estima que obtener el tiempo de observación adicional necesario en el JWST podría llevarse a cabo en los próximos años.⁵

D. Implicaciones Más Amplias

El estudio de K2-18b encapsula tanto la promesa como los desafíos de la búsqueda de vida y habitabilidad más allá de la Tierra. Demuestra el poder sin precedentes de herramientas como el JWST para sondear las atmósferas de mundos distantes con un detalle inimaginable hace solo unos años.¹⁰ Al mismo tiempo, subraya la complejidad inherente a la interpretación de los datos y los rigurosos estándares de evidencia requeridos antes de poder hacer afirmaciones sobre la presencia de vida extraterrestre.⁵ K2-18b continuará siendo, sin duda, un foco de investigación y debate en los próximos años, impulsando nuestro conocimiento sobre la diversidad de planetas en el universo y nuestro lugar en él.

Obras citadas

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2. Is K2-18b really a habitable super-Earth? – EarthSky, fecha de acceso: abril 19, 2025, https://earthsky.org/space/k2-18b-habitable-super-earth-or-mini-neptune/
3. K2-18 – Wikipedia, fecha de acceso: abril 19, 2025, https://en.wikipedia.org/wiki/K2-18
4. Revisiting K2-18 b: JWST finds a new lead in the search for life on a mysterious exoplanet, fecha de acceso: abril 19, 2025, https://www.planetary.org/planetary-radio/2025-jwst-new-lead-in-search-for-life
5. Scientists find «strongest evidence yet» of life on distant planet K2-18b: «This could be the tipping point» – CBS News, fecha de acceso: abril 19, 2025, https://www.cbsnews.com/news/k2-18b-planet-life-evidence-scientists/
6. K2-18b – Exoplanets, fecha de acceso: abril 19, 2025, https://www.explore-exoplanets.eu/resource/k2-18b/
7. Scientists reveal ‘most promising yet’ signs of alien life on planet K2-18b | Live Science, fecha de acceso: abril 19, 2025, https://www.livescience.com/space/exoplanets/alien-world-may-be-teeming-with-life-new-chemical-biosignatures-indicate
8. Life on K2-18b? Exciting new results met with skepticism – EarthSky, fecha de acceso: abril 19, 2025, https://earthsky.org/space/life-on-k2-18b-exoplanets-dimethyl-sulfide-webb-astrobiology/
9. Hubble Finds Water Vapour on Habitable-Zone Exoplanet for the First Time, fecha de acceso: abril 19, 2025, https://esahubble.org/news/heic1916/
10. A possible sign of life on K2-18b? Here’s what it means — and why it’s just the beginning, fecha de acceso: abril 19, 2025, https://www.planetary.org/articles/possible-sign-of-life-k2-18-b
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12. Webb Discovers Methane, Carbon Dioxide in Atmosphere of K2-18 b – NASA, fecha de acceso: abril 19, 2025, https://www.nasa.gov/universe/exoplanets/webb-discovers-methane-carbon-dioxide-in-atmosphere-of-k2-18-b/
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