Al capturar exoplanetas que se
encuentran precariamente cerca de sus estrellas, los astrónomos han descubierto
la escasez de un tipo de mundo extraño. Es una clase predicha de mundo del
tamaño de Neptuno que orbita a unos pocos millones de millas de su estrella,
mucho más cerca que la distancia de 150 millones de kilometros entre la Tierra
y el Sol. Apodados "Neptunes calientes", estos planetas tendrían
atmósferas que se calientan a más de 927 grados (lo suficientemente caliente
como para derretir la plata).
Hasta la fecha, los astrónomos han descubierto dos
Neptunes cálidos que están filtrando sus atmósferas al espacio. El
hallazgo más reciente, un planeta catalogado como GJ 3470b, está perdiendo su
atmósfera a una velocidad 100 veces más rápida que la de la previamente
descubierta evaporación del cálido Neptuno, GJ 436b.
Estos descubrimientos refuerzan la idea de que la
versión más caliente de estos mundos distantes puede ser una clase de planeta
transitorio cuyo destino final es reducir al tipo más común de exoplanetas
conocidos, los mini-Neptunes, planetas con atmósferas pesadas y dominadas por
hidrógeno. Más grande que la Tierra pero más pequeño que Neptuno.
Eventualmente, estos planetas pueden reducir aún
más su tamaño para convertirse en súper-Tierras, versiones más masivas y
rocosas de la Tierra. Si GJ 3470b continúa perdiendo masa rápidamente, en
unos pocos miles de millones de años, quizás también se reducirá a un
mini-Neptuno.
Los pescadores se sentirían desconcertados si
capturaran solo peces grandes y pequeños, pero pocos peces medianos. Los
astrónomos también se han quedado perplejos al realizar un censo de planetas
extrasolares que abrazan a las estrellas. Han encontrado planetas
calientes del tamaño de Júpiter y súper-Tierras calientes (planetas no más de
1.5 veces el diámetro de la Tierra). Estos planetas están ardiendo porque
orbitan muy cerca de su estrella. Pero los llamados "Neptunes
calientes", cuyas atmósferas se calientan a más de 1,700 grados
Fahrenheit, han sido mucho más difíciles de encontrar. De hecho, hasta
ahora solo se han encontrado unos pocos Neptunes calientes.
De hecho, la mayoría de los exoplanetas conocidos
del tamaño de Neptuno son simplemente "cálidos", porque orbitan más
lejos de su estrella que los de la región donde los astrónomos esperaban
encontrar a Neptunes calientes. El misterioso déficit del caliente Neptuno
sugiere que tales mundos extraños son raros, o fueron abundantes al mismo
tiempo, pero desde entonces han desaparecido.
Hace unos años, los astrónomos que utilizaban el
Telescopio Espacial Hubble de la NASA descubrieron que uno de los Neptunes más
cálidos conocidos (GJ 436b) está perdiendo su atmósfera. No se espera que
el planeta se evapore, pero es posible que Neptunes no haya tenido tanta
suerte.
Ahora, los astrónomos han usado el Hubble para
atrapar a un segundo Neptuno "muy cálido" (GJ 3470b) que está
perdiendo su atmósfera a una velocidad 100 veces más rápida que la de GJ
436b. Ambos planetas residen a unos 3.7 millones de millas de su
estrella. Eso es una décima parte de la distancia entre el planeta más interior
de nuestro sistema solar, Mercurio y el Sol.
"Creo que este es el primer caso en el que
esto es tan dramático en términos de evolución planetaria", dijo el
investigador principal Vincent Bourrier de la Universidad de Ginebra en
Sauverny, Suiza. "Es uno de los ejemplos más extremos de un planeta
que sufre una gran pérdida de masa a lo largo de su vida. Esta considerable
pérdida de masa tiene importantes consecuencias para su evolución, y afecta
nuestra comprensión del origen y destino de la población de exoplanetas cerca
de su estrellas."
Al igual que con los planetas en evaporación
descubiertos anteriormente, la intensa radiación de la estrella calienta la
atmósfera hasta un punto en el que escapa a la fuerza gravitatoria del planeta
como un globo de aire caliente sin ataduras. El gas que se escapa forma
una nube gigante alrededor del planeta que se disipa en el espacio. Una
razón por la que GJ 3470b puede evaporarse más rápido que GJ 436b es que no es
tan densa, por lo que es menos capaz de aferrarse gravitacionalmente a la
atmósfera calentada.
Además, la estrella que alberga GJ 3470b tiene solo
2 mil millones de años, en comparación con la estrella de 4 mil millones a 8
mil millones de años que orbita el planeta GJ 436b. La estrella más joven
tiene más energía, por lo que bombardea el planeta con más radiación abrasadora
que la que recibe GJ 436b. Ambas son estrellas enanas rojas, que son más
pequeñas y duraderas que nuestro Sol.
El descubrimiento de dos Neptunes cálidos que se
evaporan refuerza la idea de que la versión más caliente de estos mundos
distantes puede ser una clase de planeta transitorio cuyo destino final es
reducirse al tipo más común de exoplanetas conocidos, los mini-Neptunes,
planetas con gran cantidad de hidrógeno y dominados por hidrógeno. Atmósferas
que son más grandes que la Tierra pero más pequeñas que
Neptuno. Eventualmente, estos planetas pueden reducir aún más su tamaño
para convertirse en súper-Tierras, versiones más masivas y rocosas de la
Tierra.
"La pregunta ha sido, ¿adónde han ido los calientes
Neptunes?" dijo Bourrier. "Si trazamos el tamaño planetario
y la distancia de la estrella, hay un desierto, un agujero, en esa
distribución. Eso ha sido un enigma. Realmente no sabemos cuánto jugó la
evaporación de las atmósferas para formar este desierto. Pero nuestro Hubble
"Las observaciones, que muestran una gran cantidad de pérdida de masa de
un cálido Neptuno en el borde del desierto, son una confirmación directa de que
el escape atmosférico juega un papel importante en la formación de este desierto".
El equipo estima que el planeta ha perdido tanto
como el 35 por ciento de su material durante su vida útil, porque probablemente
estaba perdiendo masa a un ritmo más rápido cuando su estrella enana roja era
más joven y emitía aún más radiación. Si el planeta continúa perdiendo
rápidamente material, se reducirá a un mini-Neptuno en unos pocos miles de
millones de años.
El hidrógeno probablemente no sea el único elemento
que se evapore: puede ser un indicador de otros materiales que se descargan en
el espacio. Los investigadores planean usar el Hubble para buscar
elementos más pesados que
el hidrógeno y el helio que se han enganchado con el gas de
hidrógeno para escapar del planeta. "Creemos
que el gas de hidrógeno podría estar arrastrando elementos pesados como el
carbono, que reside más profundo en la atmósfera,
hacia arriba y hacia el espacio", dijo Bourrier.
Las observaciones forman parte de la encuesta
Panchromatic Comparative Exoplanet Treasury (PanCET), un programa del Hubble
para analizar 20 exoplanetas, en su mayoría Jupiters calientes, en el primer
estudio comparativo a gran escala de rayos ultravioleta, visible e infrarrojo
de mundos distantes.
Observar la evaporación de estos dos cálidos
Neptunes es alentador, pero los miembros del equipo saben que necesitan
estudiar más para confirmar las predicciones. Desafortunadamente, puede
que no haya otros planetas de esta clase que residan lo suficientemente cerca
de la Tierra para observar. El problema es que el gas de hidrógeno no se
puede detectar en Neptunes cálidos a más de 150 años luz de la Tierra porque
está oculto por el gas interestelar. GJ 3470b reside a 97 años luz de
distancia.
Sin embargo, el helio es otro indicador del
material que se escapa de la atmósfera cálida de Neptuno. Los astrónomos
podrían usar el Hubble y el próximo Telescopio Espacial James Webb de la NASA
para buscar helio en la luz infrarroja, ya que no está bloqueado por material
interestelar en el espacio.
"Buscar helio podría ampliar nuestro rango de
encuesta", dijo Bourrier. "Webb tendrá una sensibilidad
increíble, por lo que podríamos detectar el helio que se escapa de planetas más
pequeños, como los mini-Neptunes".
El artículo del investigador aparecerá en la
edición del 13 de diciembre de Astronomy and Astrophysics .
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de
cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial
Europea). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt,
Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencia del Telescopio
Espacial (STScI, por sus siglas en inglés) en Baltimore, Maryland, realiza las
operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la
Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía en Washington,
DC
Creditos
Ilustraciones: NASA , ESA y D. Player ( STScI )
Ciencia: NASA , ESA y V. Bourrier (Universidad de Ginebra, Suiza)
Ciencia: NASA , ESA y V. Bourrier (Universidad de Ginebra, Suiza)
Sobre esta imagen
La ilustración de este artista muestra una nube
gigante de hidrógeno que fluye desde un planeta cálido, del tamaño de Neptuno,
a solo 97 años luz de la Tierra. El exoplaneta es pequeño en comparación
con su estrella, una enana roja llamada GJ 3470. La intensa radiación de la
estrella está calentando el hidrógeno en la atmósfera superior del planeta
hasta un punto en el que escapa al espacio. El mundo alienígena está
perdiendo hidrógeno a una velocidad 100 veces más rápida que un Neptuno cálido previamente observado cuya atmósfera también se está evaporando.
perdiendo hidrógeno a una velocidad 100 veces más rápida que un Neptuno cálido previamente observado cuya atmósfera también se está evaporando.
Radio de exoplaneta vs. Distancia desde la estrella
Sobre esta imagen
La ilustración muestra la ubicación de los
exoplanetas que abrazan a las estrellas
Este gráfico traza exoplanetas en función de su
tamaño y la distancia de su estrella. Cada punto representa un
exoplaneta. Los planetas del tamaño de Júpiter (ubicados en la parte
superior del gráfico) y los planetas del tamaño de la Tierra y las llamadas
súper-Tierras (en la parte inferior) se encuentran cerca y lejos de su
estrella. Pero los planetas del tamaño de Neptuno (en el centro de la
trama) son escasos cerca de su estrella. Este llamado desierto de Neptuno
caliente muestra que tales mundos extraños son raros, o fueron abundantes
alguna vez, pero desde entonces han desaparecido. La detección de que GJ
3470b, un cálido Neptuno en la frontera del desierto, está perdiendo
rápidamente su atmósfera sugiere que los Neptunes más calientes pueden haberse
erosionado hasta convertirse en súper-Tierras rocosas más pequeñas.
