Simulación por computadora que muestra cómo cambia la distribución de tamaño de los planetas a medida que envejecen los sistemas planetarios. La brecha del radio es visible aproximadamente al doble del radio de la Tierra, aunque depende de los períodos orbitales de los planetas. La evidencia sugiere que la brecha cambia a medida que los mini planetas ligados al gas Neptuno pierden su atmósfera, dejando atrás una súper Tierra sólida. Un planeta que experimenta este proceso está marcado (mostrado como un núcleo con atmósfera) y su cambio de tamaño está marcado a la derecha. Fuente: Animación de Erik Petigura (UCLA); Simulación de James Owen (Imperial College London)
Ha habido un punto de inflexión en el caso de los planetas perdidos.
Si bien las misiones de búsqueda de planetas han descubierto miles de mundos orbitando estrellas distantes, existe una grave escasez de exoplanetas con un radio de 1,5 a dos veces el radio de la Tierra. Es un punto intermedio entre las supertierras rocosas y los planetas más grandes rodeados de gas llamados mini-Neptunes. Desde el descubrimiento de esta “ brecha de rayos ” en 2017, los científicos han estado estudiando por qué hay tan pocos cuerpos celestes promedio.
La nueva pista nació de una nueva mirada a los datos. Un equipo de científicos dirigido por Trevor David del Instituto Flatiron examinó si la brecha del haz cambia a medida que los planetas envejecen. Dividieron los exoplanetas en dos grupos, jóvenes y viejos, y reevaluaron la brecha. Descubrieron que los rayos menos comunes de los planetas en el grupo más joven eran en promedio más pequeños que los rayos menos comunes en el grupo más viejo. Mientras que el tamaño más pequeño de los planetas más jóvenes era aproximadamente 1,6 veces el radio de la Tierra, en la vejez es aproximadamente 1,8 veces el radio de la Tierra.
La implicación, sugieren los científicos, es que algunos mini-Neptunes se encogen drásticamente durante miles de millones de años a medida que sus atmósferas se evaporan, dejando solo un núcleo sólido. Al perder su gas, los mini-Neptunes “saltan” el radio del planeta y se convierten en super-Tierras. A medida que pasa el tiempo, la rendija del rayo cambia a medida que los mini-Neptuno cada vez más grandes saltan a supertierras cada vez más grandes. En otras palabras, el golfo es el golfo entre las supertierras más grandes y las mini-Neptunas más pequeñas que aún pueden retener su atmósfera. Los científicos informan de sus hallazgos el 14 de mayo. El diario astronómico.
“El punto primordial es que los planetas no son las esferas estáticas de roca y gas en las que a veces pensamos”, dice David, investigador del Instituto Flatiron de Astrofísica Computacional (CCA) en Nueva York. En algunos modelos de pérdida atmosférica propuestos anteriormente, “algunos de estos planetas eran 10 veces más grandes al comienzo de sus vidas”.
Los hallazgos respaldan la credibilidad de dos sospechosos propuestos anteriormente: el calor residual de la formación de planetas y la intensa radiación de las estrellas anfitrionas. Ambos fenómenos agregan energía a la atmósfera del planeta, lo que hace que el gas escape al espacio. “Probablemente ambos efectos son importantes”, dice David, “pero necesitaremos modelos más sofisticados para determinar cuánto y cuándo cada uno está contribuyendo al ciclo de vida del planeta.
Los coautores de este artículo son Gabriella Contardo, CCA Research Fellow, Ruth Angus, CCA Research Fellow, Megan Bedell, CCA Research Fellow, Daniel Foreman-Mackey, CCA Research Fellow y Samuel Grunblatt.
El nuevo estudio utilizó datos recopilados por la sonda Kepler, que midió la luz de estrellas distantes. A medida que el exoplaneta viaja entre la estrella y la Tierra, la luz observada de la estrella se atenúa. Al analizar la rapidez con la que un planeta orbita su estrella, el tamaño de la estrella y el grado de atenuación, los astrónomos pueden estimar el tamaño del exoplaneta. Estos análisis finalmente llevaron al descubrimiento de la brecha de rayos.
Los científicos propusieron previamente varios mecanismos potenciales para crear la vulnerabilidad, y cada proceso tiene lugar en una escala de tiempo diferente. Algunos creían que la brecha se produjo durante la formación del planeta, cuando algunos planetas se forman sin suficiente gas cercano para inflar su tamaño. En este escenario, el radio del planeta y, por lo tanto, la distancia entre el radio, se imprimiría al nacer. Otra hipótesis fue que las colisiones con rocas espaciales podrían destruir la densa atmósfera del planeta, evitando que los planetas más pequeños acumulen grandes cantidades de gas. Este mecanismo de influencia tardará entre 10 y 100 millones de años.
Otros posibles mecanismos requieren más tiempo. Una sugerencia es que los rayos X intensos y la luz ultravioleta de la estrella del planeta anfitrión eliminan el gas con el tiempo. Este proceso, llamado fotodevaporación, llevará menos de 100 millones de años para la mayoría de los planetas, pero puede llevar miles de millones de años para algunos. Otra sugerencia es que el calor residual de la formación de planetas agrega lentamente energía a la atmósfera del planeta, lo que hace que el gas se escape al espacio durante miles de millones de años.
David y sus colegas comenzaron su investigación examinando más de cerca la vulnerabilidad en sí. Puede ser difícil juzgar los tamaños de estrellas y exoplanetas, por lo que limpiaron los datos para incluir solo planetas cuyos diámetros se conocían. Este procesamiento de datos reveló una brecha más vacía de lo que se pensaba.
Luego, los científicos clasificaron los planetas en función de si eran más jóvenes o mayores de 2 mil millones de años. (En comparación, la Tierra tiene 4.500 millones de años). Dado que una estrella y sus planetas se forman simultáneamente, determinaron la edad de cada planeta en función de la edad de su estrella.
Los resultados sugieren que los mini-Neptunes más pequeños no pueden contener el gas. Durante miles de millones de años, el gas se elimina, dejando la mayor parte de la súper Tierra sólida. Este proceso lleva más tiempo para los mini-Neptunes más grandes, que se convierten en las supertierras más grandes, pero no afectará a los planetas gaseosos más gigantescos cuya gravedad es lo suficientemente fuerte como para mantener sus atmósferas.
El hecho de que la brecha en el radio evolucione a lo largo de miles de millones de años sugiere que el culpable no se debe a las colisiones planetarias o la excentricidad inherente a la formación de planetas. El calor residual del interior de los planetas, que agota gradualmente la atmósfera, es una buena solución, dice David, pero la intensa radiación de las estrellas anfitrionas también puede contribuir, especialmente en las primeras etapas. El siguiente paso de los científicos es modelar mejor la evolución de los planetas para descubrir qué explicación juega un papel más importante. Esto puede implicar considerar complejidades adicionales, como interacciones entre atmósferas incipientes y campos magnéticos planetarios o océanos de magma.
Proporcionado por la Fundación Simons