Increíbles planetas ‘encogibles’ podrían ser un eslabón perdido entre mundos

El descubrimiento de múltiples exoplanetas que parecen estar encogiéndose parece resolver un “eslabón perdido” en la evolución planetaria.

Se han encontrado cuatro mini-Neptunos muy cerca de sus estrellas filtrando sus atmósferas a un ritmo consistente con una eventual pérdida total. Esto sugiere que estos mundos eventualmente se reducirán a planetas terrestres, aproximadamente del tamaño de la Tierra, y además, es culpa de sus estrellas que lo hagan.

Aunque los científicos han pensado durante mucho tiempo que estos dos tipos de exoplanetas estaban vinculados, se desconocía el camino por el cual los mini-Neptunos perdieron sus atmósferas.

Si bien es posible que todavía estén en juego otros mecanismos, los mundos cada vez más reducidos recientemente identificados sugieren que la eliminación por medio de la irradiación estelar es uno de los principales.

La galaxia de la Vía Láctea es un lugar grande y diverso, y hasta la fecha se han identificado muchos tipos de exoplanetas que son muy diferentes de los que encontramos en nuestro propio Sistema Solar. Uno de ellos es el mini-Neptuno, el tipo de mundo más común detectado por la misión Kepler, pero notablemente ausente de nuestro pequeño rincón de la galaxia.

Estos son mundos que son más masivos que la Tierra y menos masivos que Neptuno, pero aún envueltos en una espesa atmósfera de hidrógeno y helio similar a la de Neptuno. Curiosamente, estos exoplanetas parecen no ser más pequeños que alrededor del doble del radio de la Tierra.

Las supertierras son la siguiente categoría, exoplanetas que tienen entre 1 y 1,5 veces el radio de la Tierra. Entre alrededor de 1,5 y 2 radios terrestres, hay una brecha curiosa en la que los exoplanetas son extremadamente escasos. Esto se conoce como la brecha del radio del planeta pequeño.

Los científicos creen que esta brecha existe porque, por encima de cierto límite crítico, los exoplanetas tienen suficiente masa para retener una atmósfera primordial sustancial que infla su tamaño, colocándolos en la clase de mini-Neptunos. Las supertierras, por otro lado, no tienen suficiente masa y perdieron sus atmósferas primordiales, o nunca las tuvieron para empezar.

La siguiente pregunta es entonces si estos exoplanetas comenzaron con atmósferas primordiales, ¿cómo se perdieron?

Una vía potencial, llamada pérdida de masa impulsada por el núcleo, es el calor interno resultante de la formación planetaria, en el que la energía de enlace gravitacional se convierte en calor que expulsa la atmósfera primordial. El otro se llama fotoevaporación, en el que la intensa radiación de rayos X y ultravioleta de la estrella joven elimina la atmósfera del exoplaneta.

Determinar cuál de estos escenarios lidera la transformación de mini-Neptunos en súper-Tierras requiere observar exoplanetas con fugas y determinar la velocidad a la que están perdiendo masa.

Esto nos lleva de nuevo a un nuevo artículo, de un equipo de investigadores dirigido por el astrónomo Michael Zhang del Instituto de Tecnología de California (Caltech). Usaron la espectroscopia para estudiar las atmósferas de cuatro mini-Neptunos jóvenes y cercanos que orbitan estrellas enanas naranjas, para determinar la velocidad a la que estos exoplanetas están filtrando helio al espacio.

Estos cuatro mini-Neptunos incluyen uno llamado TOI 560b, que tiene un radio 2,8 veces mayor que el de la Tierra, cuyo análisis fue publicado por Zhang y sus colegas a principios de este año.

Los otros tres son nuevos: TOI 1430.01, de 2,1 veces el tamaño de la Tierra; TOI 1683.01, de 2,3 veces el tamaño de la Tierra; y TOI 2076b, de 2,52 veces el tamaño de la Tierra.

Los cuatro planetas tuvieron salidas significativas de helio, encontró el equipo, a un ritmo consistente con la fotoevaporación, en lugar de la pérdida de masa impulsada por el núcleo. Además, esta tasa de pérdida es suficiente para despojar a las atmósferas de estos exoplanetas en solo unos pocos cientos de millones de años, descubrió el equipo, que es una escala de tiempo bastante corta en contextos cósmicos.

El equipo dice que sus hallazgos sugieren que la mayoría de los mini-Neptunos que orbitan estrellas similares al Sol probablemente se conviertan en súper-Tierras, y lo hacen a través de la fotoevaporación.

“Llegamos a la conclusión de que muchos, si no todos, de estos planetas perderán sus envolturas ricas en hidrógeno y se convertirán en supertierras”, escriben Zhang y sus colegas en su artículo, que espera la revisión por pares.

“Nuestros resultados demuestran que la mayoría de los mini-Neptunos que orbitan estrellas similares al Sol tienen atmósferas primordiales, y que la fotoevaporación es un mecanismo eficiente para despojar estas atmósferas y transformar estos planetas en súper-Tierras”.

La investigación ha sido enviada a El diario astronómicoy está disponible en arXiv.

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