Los datos de la NASA revelan la posible razón de por qué algunos exoplanetas se están encogiendo.

15 de noviembre de 2023

Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han resaltado los siguientes atributos al tiempo que garantizan la credibilidad del contenido:

• verificado de hechos
• fuente confiable
• corregido de pruebas

por Chelsea Gohd, NASA

Un nuevo estudio podría explicar los exoplanetas 'desaparecidos' entre super-Tierras y sub-Neptunos.

Algunos exoplanetas parecen estar perdiendo sus atmósferas y encogiéndose. En un nuevo estudio que utiliza el Telescopio Espacial Kepler de la NASA retirado, los astrónomos encuentran evidencia de una posible causa: los núcleos de estos planetas empujan sus atmósferas desde el interior hacia afuera.

El estudio se publica en The Astronomical Journal.

Los exoplanetas (planetas fuera de nuestro sistema solar) tienen una variedad de tamaños, desde planetas rocosos pequeños hasta gigantes gaseosos colosales. En medio se encuentran super-Tierras rocosas y sub-Neptunos más grandes con atmósferas hinchadas. Pero hay una ausencia conspicua, una 'brecha de tamaño', de planetas que se encuentran entre 1.5 y 2 veces el tamaño de la Tierra (o entre super-Tierras y sub-Neptunos) que los científicos han estado trabajando para comprender mejor.

'Los científicos han confirmado ahora la detección de más de 5,000 exoplanetas, pero hay menos planetas de lo esperado con un diámetro entre 1.5 y 2 veces el de la Tierra', dijo Jessie Christiansen, científica investigadora de Caltech/IPAC, líder científica del Archivo de Exoplanetas de la NASA y autora principal del nuevo estudio. 'Los científicos de exoplanetas tienen suficientes datos ahora para decir que esta brecha no es un error. Algo está sucediendo que impide que los planetas alcancen y/o se mantengan en este tamaño'.

Los investigadores creen que esta brecha podría explicarse por la pérdida de atmósferas de ciertos sub-Neptunos con el tiempo. Esta pérdida ocurriría si el planeta no tiene suficiente masa, y por lo tanto fuerza gravitatoria, para retener su atmósfera. Entonces, los sub-Neptunos que no son lo suficientemente masivos se reducirían aproximadamente al tamaño de super-Tierras, dejando una brecha entre los dos tamaños de planetas.

Pero hasta ahora ha sido un misterio cómo estos planetas están perdiendo sus atmósferas. Los científicos han determinado dos mecanismos probables: uno se llama pérdida de masa impulsada por el núcleo y el otro es la fotoevaporación. El estudio ha descubierto nueva evidencia que respalda el primero.

La pérdida de masa impulsada por el núcleo ocurre cuando la radiación emitida desde el núcleo caliente de un planeta empuja la atmósfera lejos del planeta con el tiempo, "y esa radiación está empujando la atmósfera desde abajo", dijo Christiansen.

La otra explicación líder para la brecha planetaria, la fotoevaporación, ocurre cuando la atmósfera de un planeta es esencialmente expulsada por la radiación caliente de su estrella anfitriona. En este escenario, "la radiación de alta energía de la estrella actúa como un secador de pelo en un cubo de hielo", dijo.

Aunque se cree que la fotoevaporación ocurre durante los primeros 100 millones de años de un planeta, se cree que la pérdida de masa impulsada por el núcleo ocurre mucho más tarde, cerca de 1,000 millones de años después del inicio de la vida de un planeta. Pero con cualquiera de los mecanismos, "si no tienes suficiente masa, no puedes retenerla y pierdes tu atmósfera y te encoges", añadió Christiansen.

Para este estudio, Christiansen y sus coautores utilizaron datos del K2 de la NASA, una misión extendida del Telescopio Espacial Kepler, para mirar los cúmulos estelares Praesepe e Hyades, que tienen entre 600 y 800 millones de años. Debido a que generalmente se cree que los planetas tienen la misma edad que su estrella anfitriona, los sub-Neptunos en este sistema tendrían una edad posterior a la fecha en que podría haber ocurrido fotoevaporación, pero no lo suficientemente viejos como para haber experimentado pérdida de masa impulsada por el núcleo.

Entonces, si el equipo veía que había muchos sub-Neptunos en Praesepe e Hyades (en comparación con estrellas más antiguas en otros cúmulos), podrían concluir que la fotoevaporación no había ocurrido. En ese caso, la pérdida de masa impulsada por el núcleo sería la explicación más probable de lo que les ocurre a los sub-Neptunos menos masivos con el tiempo.

Al observar Praesepe e Hyades, los investigadores encontraron que casi el 100% de las estrellas en estos cúmulos todavía tienen un planeta sub-Neptuno o candidato a planeta en su órbita. A juzgar por el tamaño de estos planetas, los investigadores creen que han conservado sus atmósferas.

Esto difiere de las otras estrellas más antiguas observadas por K2 (estrellas con más de 800 millones de años), de las cuales solo el 25% tienen sub-Neptunos en órbita. La edad más avanzada de estas estrellas se acerca al período en el que se cree que ocurre la pérdida de masa impulsada por el núcleo.

From these observations, the team concluded that photoevaporation could not have taken place in Praesepe and Hyades. If it had, it would have occurred hundreds of millions of years earlier, and these planets would have little—if any—atmosphere left. This leaves core-powered mass loss as the leading explanation for what likely happens to the atmospheres of these planets.

Christiansen's team spent more than five years building the planet candidate catalog necessary for the study. But the research is far from complete, she said, and it is possible that the current understanding of photoevaporation and/or core-powered mass loss could evolve. The findings will likely be put to the test by future studies before anyone can declare the mystery of this planetary gap solved once and for all.

This study was conducted using the NASA Exoplanet Archive, which is operated by Caltech in Pasadena under contract with NASA as part of the Exoplanet Exploration Program, which is located at NASA's Jet Propulsion Laboratory in Southern California. JPL is a division of Caltech.

Provided by NASA