Los planetas hinchados pierden su atmósfera y se convierten en súper-Tierras

Los astrónomos han identificado dos casos diferentes de «mini-Neptunos» que pierden sus atmósferas hinchadas y se convierten potencialmente en súper-Tierras. La radiación de las estrellas planetarias despoja su atmósfera, obligando al gas caliente a escapar como el vapor de una olla de agua hirviendo.

Los resultados han sido publicados en dos artículos separados en Diario astronómicoayuda a pintar una imagen de cómo se forman y evolucionan mundos extraños como estos.

Los mini-neptunos son una clase de exoplanetas, que son planetas orbital estrellas fuera de nuestro sistema solar. Estos mundos, que son versiones más pequeñas y densas del planeta Neptuno, consisten en grandes núcleos rocosos rodeados por gruesas capas de gas. En los nuevos estudios, un equipo de astrónomos dirigido por el Instituto de Tecnología de California utilizó el Observatorio WM Keck en la cima de Maunakea en Hawái para estudiar uno de los dos planetas menores de Neptuno en el sistema estelar llamado TOI 560, ubicado a 103 años luz de distancia; Utilizaron el Telescopio Espacial Hubble de la NASA para observar dos pequeños Neptunos que orbitan HD 63433, ubicados a 73 años luz de distancia.

Sus resultados muestran que gas atmosférico Se escapa del mini-Neptuno más interno en TOI 560, llamado TOI 560.01, y del mini-Neptuno más interno en HD 63433, llamado HD 63433 c. Esto sugiere que podrían convertirse en planetas superterrestres.

«La mayoría de los astrónomos sospechaban que los diminutos Neptunos debían tener atmósferas vaporizadas», dice Michael Zhang, autor principal de ambos estudios y estudiante graduado en el Instituto de Tecnología de California. «Pero nadie ha atrapado a nadie haciendo esto hasta ahora».

El estudio también encontró, sorprendentemente, que el gas que rodea a TOI 560.01 se escapaba en su mayor parte hacia la estrella.

«Esto fue inesperado, ya que la mayoría de los modelos predicen que el gas debería alejarse de la estrella», dice la profesora de Ciencias Planetarias Heather Knutson, asesora de Chang y coautora del estudio. «Todavía tenemos mucho que aprender sobre cómo funcionan estos flujos en la práctica».

La brecha planetaria explicada

Desde el comienzo planetas exteriores Las estrellas que giran alrededor del Sol se descubrieron a mediados de la década de 1990 y se encontraron miles de otras estrellas. Muchos de estos orbitan cerca de sus estrellas, y las órbitas rocosas más pequeñas generalmente se dividen en dos grupos: el pequeño Neptuno y la súper Tierra. No hay planetas de este tipo en nuestro sistema solar. Los superplanetas tienen 1,6 veces el tamaño de la Tierra (ya veces 1,75 veces el tamaño de la Tierra), mientras que el pequeño planeta Neptuno tiene de dos a cuatro veces el tamaño de la Tierra. Se han descubierto pocos planetas de tamaño entre estos dos tipos de planetas.

Una posible explicación de esta brecha es que los Neptunos en miniatura se están convirtiendo en súper-Tierras. Se supone que los Mini-Neptunos están cubiertos por atmósferas primitivas hechas de hidrógeno y helio. El hidrógeno y el helio son restos de la formación de la estrella central, que nace de nubes de gas. Si Neptuno fuera lo suficientemente pequeño y lo suficientemente cerca de su estrella, los rayos X estelares y los rayos ultravioleta podrían barrer su atmósfera primordial durante cientos de millones de años, teorizan los científicos. Esto dejaría una súper Tierra rocosa de un radio mucho más pequeño que, en teoría, podría contener una atmósfera relativamente delgada similar a la que rodea nuestro planeta.

«Un planeta en la brecha tendría suficiente atmósfera para amplificar su radio, lo que haría que interceptara más radiación estelar y, por lo tanto, provocaría una rápida pérdida de masa», dice Chang. «Pero la atmósfera es lo suficientemente delgada como para perderse rápidamente. Es por eso que el planeta no permanecerá en la brecha por mucho tiempo».

Otros escenarios podrían explicar la brecha, según los astrónomos. Por ejemplo, es posible que los planetas pequeños y rocosos nunca hayan acumulado una atmósfera de gas en primer lugar, y los pequeños Neptunos podrían ser mundos acuosos y no estar cubiertos de gas hidrógeno. Este reciente descubrimiento de dos mini-Neptunos con su atmósfera escapando representa la primera evidencia directa para apoyar la teoría de que los mini-Neptunos se están convirtiendo en una super-Tierra.

Firmas a la luz del sol

Los astrónomos pudieron detectar la atmósfera escapada observando la intersección del joven Neptuno frente o transitando a través de sus estrellas anfitrionas. Los planetas no se pueden ver directamente, pero cuando pasan frente a ellos estrellas Desde nuestro punto de vista en la Tierra, los telescopios pueden buscar la absorción de la luz de las estrellas por parte de los átomos en las atmósferas de los planetas. En el caso del mini Neptune TOI 560.01, los investigadores encontraron huellas dactilares de helio. Para el sistema estelar HD 63433, el equipo encontró huellas dactilares de hidrógeno en el planeta exterior que estudiaron, llamado HD 63433 c, pero no en el planeta interior, HD 63433 b.

«Es posible que el planeta interior ya haya perdido su atmósfera», explica Chang.

La velocidad de los gases proporciona evidencia de que la atmósfera está escapando. El helio observado se mueve alrededor de TOI 560.01 a una velocidad de 20 kilómetros por segundo, mientras se mueve hidrógeno HD 63433 c se mueve a una velocidad de hasta 50 kilómetros por segundo. La atracción gravitacional de este pequeño Neptuno no es lo suficientemente fuerte como para contener un gas que se mueve tan rápido. La extensión de los flujos de salida alrededor de los planetas también indica escape atmosférico: un capullo de gas alrededor de TOI 560.01 es al menos 3,5 veces más grande que el radio del planeta, y un capullo alrededor de HD 63433 c es al menos 12 veces el radio de un planeta.

Las observaciones también revelaron que el gas faltante de TOI 560.01 fluía hacia la estrella. Otras observaciones futuras de Neptuno en miniatura deberían revelar si TOI 560.01 es una anomalía o si un flujo de salida hacia adentro es más común.

«Como exoplanetólogos, se nos ha enseñado a esperar lo inesperado», dice Knutson. «Estos mundos alienígenas nos sorprenden constantemente con nueva física más allá de lo que observamos en nuestro propio sistema solar».