miércoles, enero 09, 2019

En busca de los mundos perdidos, Hubble encuentra un exoplaneta que se evapora rápidamente

El exoplaneta se está reduciendo a medida que la atmósfera se escapa
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).


Sin embargo, la misteriosa deficiencia de Neptuno caliente sugiere que estos planetas son raros, o fueron abundantes al mismo tiempo, pero desde entonces han desaparecido. 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.
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".
Los investigadores utilizaron el espectrógrafo de imágenes del Telescopio Espacial Hubble para detectar la firma de luz ultravioleta del hidrógeno en un enorme capullo que rodea el planeta cuando pasaba frente a su estrella. El capullo intermedio de hidrógeno filtra algo de la luz de las estrellas. Estos resultados se interpretan como evidencia de que la atmósfera del planeta se está desangrando en el espacio.
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)

 Ilustración artística de la transmisión de gas desde GJ 3470b

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.
 Creditos NASA , ESA y D. Player ( STScI )

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.
Creditos NASA , ESA y A. Feild ( STScI )

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