En las últimas décadas hemos encontrado miles de planetas -en el momento de escribir este artículo casi 8000- orbitando alrededor de otras estrellas, o exoplanetas, y algunos de estos están desafiado las categorías planetarias que nos permitían ordenar los planetas de nuestro sistema solar. Una de estas nuevas categorías que han aparecido es la que conocemos como subneptunos, planetas más grandes que la Tierra y más pequeños que Neptuno, un rango de tamaños que curiosamente no está representado en el Sistema Solar. Estos cuerpos son más grandes que un planeta rocoso pero no lo suficientemente grandes como para ser un gigante gaseoso.

De hecho, la densidad de estos cuerpos planetarios muestra que son algo intermedio entre los planetas rocosos y los gigantes gaseosos: estarían formados por un gran manto y núcleo rocoso rodeado de una inmensamente densa atmósfera cuya masa puede ser un porcentaje destacable dentro de la propia masa total del planeta.

Durante muchos años, la imagen que los científicos tenían de los subneptunos era esta: un gigante gaseoso en miniatura con una atmósfera masiva compuesta principalmente por hidrógeno o vapor de agua situada sobre una superficie que era, por necesidad, un océano de magma. La lógica de esta afirmación era bastante sencilla: La densa atmósfera serviría como un aislante que evitaría que el calor escapase al espacio, atrapando el generado por los procesos de formación planetaria y el que proviene de su interior, de tal manera que el manto rocos que habría debajo de esta estaría fundido de manera “permanente”, al menos durante periodos muy largos a escala geológica, quizás miles de millones de años.

Los científicos pensaban que, además, este océano de magma podría servir como una capa intermediaria entre el interior del planeta y la atmósfera. De hecho, esta última se disolvería en el magma y este, durante los procesos de degasificación, devolvería elementos volátiles de vuelta a la atmósfera.

Esta interacción podría explicar la composición de las atmósferas que se estaban observando e incluso por que estos planetas no llegaron a crecer más: El océano de magma, que actuaría como una especie de esponja, podría dejar de absorber hidrógeno en determinado momento y así detener su crecimiento hasta transformarlo en un planeta de tipo Júpiter.

Pero un nuevo estudio publicado por Breza et al. (2025) cuestiona esta imagen. Y es que gracias al uso de simulaciones por ordenador han demostrado que un gran número de estos planetas podría no tener un océano de magma y que, debajo de su atmósfera, podría existir una superficie rocosa y al mismo tiempo exótica. Pero esta situación no se daría precisamente por una falta de calor que evite que la superficie esté fundida, sino culpa de las enormes presiones que habría en la superficie.

Centrémonos en esta última cuestión con un ejemplo de nuestro propio planeta. Sabemos que, en la Tierra y al nivel del mar, el agua se congela a unos 0ºC y hierve a 100ºC. Sin embargo, en la cima del Everest, si pudiésemos repetir este experimento, el agua herviría en torno a los 70ºC y dentro de una olla a presión de las que usamos habitualmente para cocinar, a 120ºC. Esto nos da una pista de que los puntos de fusión y ebullición de cualquier sustancia -ya sea el agua, el hierro o los silicatos- no son fijos, sino que cambian con respecto a la presión ambiental.

En la Tierra, la presión de nuestra atmósfera es insignificante y no altera de manera significativa el punto de fusión de las rocas en superficie -cosa muy distinta ocurre en el interior del planeta- pero la atmósfera de un subneptuno es algo completamente diferentes.

En estos planetas, la masa de la atmósfera puede suponer entre un 5 y un 10 por ciento de la masa total del planeta, mientras que en la Tierra es de aproximadamente una millonésima parte. Esto ya nos indica que el peso de la envoltura gaseosa de estos planetas es capaz de crear presiones en la superficie que son cientos de miles o incluso millones de veces mayores que la presión atmosférica que sentimos en la superficie nuestro planeta. Si me permiten sería algo aplastante.

Otro detalle importante es el peso molecular medio de la atmósfera. Si pensamos en atmósferas de gases ligeros, como por ejemplo la de Júpiter compuesta principalmente por hidrógeno y helio, esta sería más ligera y ejercería menos presión sobre la superficie. Pero las atmósferas compuestas con un mayor porcentaje de gases como el vapor de agua o el dióxido de carbono son mucho más densas y pesadas, logrando presiones muy altas en la interfaz entre la atmósfera y la superficie.

Pensando en estas dos variables -la masa de la atmósfera y su masa molecular media- los científicos han realizado miles de simulaciones de subneptunos, dándose cuenta de que quizás estábamos entendiendo estos mundos de una manera errónea.

En el límite entre la atmósfera y el manto rocoso, la presión se volvería tan extrema que comprimiría ese océano de magma que pensábamos que existiría en su superficie. Incluso a temperaturas de miles de grados, la inmensa presión obligaría a los átomos desorganizados a unirse formando una estructura cristalina densa, ordenada y sólida.

Pero no estamos hablando de “congelar” en el sentido que entendemos cuando hacemos cubitos de hielo en nuestra casa, sino una solidificación a muy alta temperatura y presión. Además, la roca formada no sería similar a la de la corteza terrestre, sino que el magma acabaría formando una fase mineral llamada post-perovskita.

Este nombre tan raro se corresponde con un mineral que aparece en nuestro planeta a presiones altísimas en el manto inferior, a muy pocos cientos de kilómetros del núcleo externo. De hecho, es uno de los minerales más densos que nuestro planeta puede llegar a formar. En los subneptunos este mineral tan exótico podría aparecer directamente en la superficie del planeta por efecto de la presión atmosférica.

Para llegar a esta conclusión el equipo simuló como serían las condiciones en más de 300.000 planetas virtuales. Crearon para ello un modelo planetario con una estructura dividida en capas y fueron variando cinco parámetros clave: la masa del planeta, la temperatura de la superficie, su edad -que es clave para saber cuánta calor queda en su interior-, la masa atmósferica y el peso molecular medio de la atmósfera.

Para cada uno de estos planetas, se calculó la presión y temperatura en cada punto de su interior, desde el núcleo a la parte más externa de la atmósfera, aunque el punto más importante para los científicos era el límite entre la atmósfera y el manto. Una vez hecho esto, los científicos compararon las condiciones de la superficie con un diagrama de fases de silicatos para responder a la pregunta que nos ha traído hasta aquí… ¿estaría la superficie sólida o en estado fundido?

Inciso: Para quien no haya oído hablar nunca de los diagramas de fase, estos son gráficos que muestran las distintas formas estables de los minerales -por ejemplo: sólido, líquido o diferentes estructuras cristalinas- bajo distintas condiciones de presión o temperatura.

Los resultados de las simulaciones fueron abrumadores. Aproximadamente para un tercio de los planetas simulados el resultado era una superficie sólida formada por silicatos. Pero hay más consecuencias: los planetas más jóvenes tienden a estar más calientes y formar un océano de magma, pero van enfriándose lentamente a lo largo de miles de millones de años, teniendo más posibilidades de tener una superficie sólida con el paso del tiempo.

Es decir, que podrían existir dos clases de subneptunos: unos jóvenes con un océano de magma y otros más viejos, con una superficie sólida, lo que nos recuerda de algún modo que la geología no es algo estático, sino que va evolucionando según cambian las condiciones del planeta.

Por cierto, esta idea de conocer cómo podría ser la superficie de los subneptunos no sale de la nada ni ha sido fruto de la casualidad, sino que es consecuencia de las observaciones de telescopio espacial James Webb, ya que en 2023 pudo observar en el infrarrojo al planeta GJ 1214 b, descubriendo que la composición atmosférica no era ligera como cabría esperar, rica en hidrógeno y helio. Todo lo contrario: era una atmósfera cuyo peso molecular medio era alto.

De hecho, los investigadores han aplicado las simulaciones a este planeta y para todo el espectro de composiciones posibles obtenidas a partir de los datos del JWST, cabría esperar que su superficie estuviese en estado sólido. Y no es el único, ya que se están descubriendo otros planetas de este tipo con atmósferas muy “pesadas”.

Desde el punto de vista de la geología, este descubrimiento abre la puerta a un tipo nuevo de geología. Bueno, en este caso de geología teórica y muy exótica porque, ¿Cómo sería la superficie de uno de estos subneptunos? Estos planetas no tendrían una corteza como la terrestre, sino que estaríamos viendo lo que para nosotros sería un manto sólido formado por un mineral que solo conocemos a partir de experimentos de altísima presión y que se encuentra en una de las partes más inaccesibles de nuestro planeta.

¿Puede un planeta como este tener una tectónica? ¿Hay convección en el manto? ¿Habrá montañas y valles o su superficie será muy “suave”? La verdad es que no tenemos ni idea, pero desde luego este descubrimiento nos hace soñar con nuevas geologías que no se parezcan en nada a lo que ya conocemos. Y eso es siempre una gran noticia.

Referencias:

Breza, B., Nixon, M.C. and Kempton, E.M.-R. (2025) Not all sub-neptune exoplanets have magma oceans The Astrophysical Journal Letters, doi:10.3847/2041-8213/ae0c07.

Sobre el autor: Nahúm Méndez Chazarra es geólogo planetario y divulgador científico.