Los astrónomos descubren los misteriosos orígenes de las ‘super-Tierras’

Un estudio muestra que las super-Tierras no son restos de mini-Neptunos, lo que desafía nuestra comprensión de la formación planetaria

Impresión artística de uno de los más de 50 nuevos exoplanetas encontrados por HARPS: la super-Tierra rocosa HD 85512 b. 
La impresión de este artista muestra el planeta orbitando la estrella HD 85512, similar al Sol, en la constelación austral de Vela (La Vela). 
Este planeta es una de las dieciséis super-tierras descubiertas por el instrumento HARPS en el telescopio de 3,6 metros del Observatorio La Silla de ESO. 
Es aproximadamente 3,6 veces más masivo que la Tierra en el borde de la zona habitable alrededor de su estrella. En él podría existir agua líquida, y quizás incluso vida.
Crédito: ESO / M. Kornmesser
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Resumen

Los mini-Neptunos y las súper-Tierras de hasta cuatro veces el tamaño del nuestro son los exoplanetas más comunes que orbitan estrellas más allá del Sistema Solar. Hasta ahora, se pensaba que las super-Tierras eran los núcleos rocosos de mini-Neptunos cuyas atmósferas gaseosas fueron arrastradas. En un nuevo estudio, los astrónomos de la Universidad McGill muestran que algunos de estos exoplanetas nunca tuvieron atmósferas gaseosas para empezar. Esto arroja nueva luz sobre sus misteriosos orígenes. El estudio fue publicado en ‘The Astrophysical Journal‘.

A partir de las observaciones, sabemos que entre el 30 y el 50 por ciento de las estrellas anfitrionas tienen uno u otro tipo de planeta. Las dos poblaciones aparecen en una proporción aproximadamente igual. 

De dónde vinieron?

Una teoría es que la mayoría de los exoplanetas nacen como mini-Neptunos. Pero algunos son despojados de sus capas de gas por la radiación de las estrellas anfitrionas, dejando atrás solo un núcleo rocoso denso. Esta teoría predice que nuestra galaxia tiene muy pocos exoplanetas del tamaño de la Tierra y más pequeños conocidos como Tierras y mini-Tierras. Sin embargo, observaciones recientes muestran que este puede no ser el caso.

Para obtener más información, los astrónomos utilizaron una simulación para rastrear la evolución de estos misteriosos exoplanetas. El modelo utilizó cálculos termodinámicos. Estos se basaron ​​en tres parámetros. Qué tan masivos son sus núcleos rocosos, qué tan lejos están de sus estrellas anfitrionas y qué tan caliente está el gas circundante.

«Contrariamente a las teorías anteriores, nuestro estudio muestra que algunos exoplanetas nunca pueden construir atmósferas gaseosas para empezar», dice la coautora Eve Lee. Ella es Profesora Asistente en el Departamento de Física de la Universidad McGill y el Instituto Espacial McGill.

Los hallazgos sugieren que no todas las super-Tierras son restos de mini-Neptunos. Más bien, los exoplanetas se formaron por una sola distribución de rocas, nacidas en un disco giratorio de gas y polvo alrededor de las estrellas anfitrionas. “Algunas de las rocas desarrollaron cubiertas de gas, mientras que otras emergieron y permanecieron como súper Tierras rocosas”, dijo.

Cómo nacen las mini-Neptunos y las súper-Tierras

Se cree que los planetas se forman en un disco giratorio de gas y polvo alrededor de las estrellas. Las rocas más grandes que la Luna tienen suficiente fuerza gravitacional para atraer el gas circundante y formar una capa alrededor de su núcleo. Con el tiempo, esta capa de gas se enfría y se encoge, creando espacio para que ingrese más gas circundante, haciendo que el exoplaneta crezca. Una vez que todo el caparazón se enfría a la misma temperatura que el gas nebular circundante, el caparazón ya no puede encogerse. Entonces el crecimiento se detiene.

Para núcleos más pequeños, esta capa es pequeña, por lo que siguen siendo exoplanetas rocosos. La distinción entre super-Tierras y mini-Neptunos surge de la capacidad de estas rocas para crecer y retener capas de gas.

“Nuestros hallazgos ayudan a explicar el origen de las dos poblaciones de exoplanetas y quizás su prevalencia”, dice Lee. “Usando la teoría propuesta en el estudio, eventualmente podríamos descifrar cuán comunes pueden ser los exoplanetas rocosos como la Tierra y las mini-Tierras”.

El Paper

«Primordial Radius Gap and Potentially Broad Core Mass Distributions of Super-Earths and Sub-Neptunes» by Eve Lee and Nicholas Connors was published in The Astrophysical Journal.

DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abd6c7

Fuente: Mc Gill University Faculty of Science, Dept. of Physics.

Artículo original: «Astronomers uncover mysterious origins of ‘super-Earths’ «. February 10, 2021.

Material relacionado

Super-Tierras alrededor de enana roja cercana

Figura 1. Impresión artística del sistema Gliese 887 con las dos súper-Tierras recién descubiertas que orbitan una estrella enana roja brillante a solo 11 años luz del Sol. 
Crédito de la imagen: Mark Garlick.

Un equipo internacional de investigadores ha descubierto dos, y posiblemente tres, exoplanetas del tamaño de una ‘ súper-Tierra ‘. Orbitan alrededor de uno de nuestros vecinos más cercanos: una estrella enana roja brillante e inusualmente silenciosa.

Las observaciones del equipo se obtuvieron como parte del proyecto Red Dots # 2 , cuyo objetivo es descubrir los exoplanetas de tamaño terrestre más cercanos al Sol. Se espera que proporcionen los mejores objetivos para investigar las atmósferas de pequeños exoplanetas rocosos y buscar signos de vida fuera del Sistema Solar.

El siguiente artículo lo presenta y contiene además una selección de recursos sobre el tema

18 Exoplanetas Terrestres Descubiertos.

Casi todos los exoplanetas conocidos son más grandes que la Tierra y típicamente tan grandes como el planeta gaseoso Neptuno. Los 18 exoplanetas recién descubiertos (en naranja y verde), para comparación, son mucho más pequeños que Neptuno. Tres de ellos incluso más pequeños que la Tierra y dos más, tan grandes como la Tierra. El planeta EPIC 201238110.02 es el único de ellos que es lo suficiente frío como para albergar potencialmente agua líquida en su superficie.
© NASA/JPL (Neptune), NASA/NOAA/GSFC/Suomi NPP/VIIRS/Norman Kuring (Earth), MPS/René Heller .

Los científicos han utilizado un nuevo método para encontrar pequeños exoplanetas, que los sondeos anteriores habían pasado por alto. La publicación siguiente lo expone.

Un exoplaneta especial

Impresión artística de GJ 1132 b, un exoplaneta similar a la Tierra alrededor del cual los investigadores han detectado recientemente una atmósfera. 
Crédito: Instituto Max Planck de Astronomía.

En relación a atmósferas exoplanetarias en sistemas exoplanetarios entorno a enanas rojas, el planeta  de tamaño aproximadamente terrestre GJ 1132 b  es el de menor masa con una atmósfera detectada, hasta el momento:

Curiosidades

a)_ Sondeando la posibilidad de vida en las “Súper-Tierras”

“Encontrar exoplanetas habitables es uno de los tres principales objetivos de las comunidades de Ciencia y Astronomía Planetaria”, dijo el Físico Rick Kraus. Él es del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. “Con estos descubrimientos vienen muchas preguntas. ¿Cómo lucen  estos nuevos planetas?, ¿es nuestro Sistema Solar único?, ¿es única la Tierra?, o más específicamente, ¿es la Tierra el único mundo habitable???”.

Estas cuestiones han inspirado una campaña ‘National Ignition Facility (NIF) Discovery Science‘. Está dirigida a determinar si los planetas gigantes rocosos podrían tener campos magnéticos similares al de la Tierra. Poseer una atmósfera, un clima templado y agua líquida se consideran por lo general  requisitos esenciales para que la vida tal como la conocemos, evolucione. Pero la presencia de un campo magnético es igual de importante, dijo Kraus. “La presencia de una Tectónica de Placas activa y una magnetosfera son considerados  dos requisitos para que un exoplaneta rocoso sea habitable”, dijo. “Un ambiente estable y libre de radiación ionizante en la superficie, es una de las cualidades más importantes de un planeta para su habitabilidad.”

b)_ ¿Cuál es el límite de gravedad que puede soportar el cuerpo humano que le permita seguir caminando?

Mundo cercano: impresión artística de Proxima Centauri b. 
¿Podrías dar un paseo por el exoplaneta? 

Crédito: ESO / M Kornmesser.

¿Cuánto más fuerte tendría que ser la gravedad antes de que a los humanos les resulte imposible caminar? Esa pregunta podría enfrentar la humanidad si alguna vez se embarca en la colonización de exoplanetas, planetas que orbitan alrededor de estrellas distintas del Sol. Utilizando cálculos simples, los investigadores han propuesto un límite superior en la gravedad de los exoplanetas que permitiría a un atleta entrenado vivir cómodamente.

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