Los mini-Neptunos pueden convertirse en súper-Tierras a medida que los exoplanetas pierden sus atmósferas

Las atmósferas de los planetas hinchados están siendo despojadas gracias a la radiación de sus estrellas.

La luz de las estrellas puede erosionar las atmósferas de algunos exoplanetas mini-Neptuno (uno ilustrado), convirtiéndolos gradualmente en súper-Tierras, mundos rocosos un poco más grandes que el nuestro. Crédito: Adam Makarenko/Observatorio Keck.

Los Mini Neptunos y las Super Tierras pueden tener mucho más en común que solo ser superlativos.

Cuatro exoplanetas gaseosos, cada uno un poco más pequeño que Neptuno, parecen estar evolucionando hacia súper-Tierras, mundos rocosos de hasta 1,5 veces el ancho de nuestro planeta natal. Eso se debe a que la intensa radiación de sus estrellas parece estar alejando las densas atmósferas de los planetas, informan los investigadores en un artículo presentado el 26 de Julio en arXiv.org. Si la tasa actual de pérdida atmosférica se mantiene, predice el equipo, esas atmósferas hinchadas eventualmente desaparecerán, dejando atrás planetas más pequeños de roca desnuda.

Estudiar cómo estos mundos evolucionan y pierden sus atmósferas puede ayudar a los científicos a comprender cómo otros exoplanetas pierden sus atmósferas. Y eso, dice la Astrónoma Heather Knutson de Caltech, puede proporcionar información sobre qué tipos de planetas podrían tener entornos habitables. “Porque si no puedes mantener una atmósfera”, dice, “no puedes ser habitable”.

El nuevo estudio de Knutson y sus colegas refuerza una sospecha previa. A principios de este año, los mismos investigadores informaron que el helio parecía estar escapando de la atmósfera de uno de estos mini-Neptunos. Pero el equipo no estaba seguro de si su descubrimiento fue único. «Tal vez tuvimos mucha suerte con este planeta, pero todos los demás planetas son diferentes», dice el investigador de exoplanetas Michael Zhang, también de Caltech.

Entonces, el equipo observó tres mini-Neptunos más que orbitaban alrededor de otras estrellas y comparó esos mundos con el primer planeta que habían observado. Cada uno de estos planetas ocasionalmente bloquea algo de la luz de su estrella ( SN: 21/7/21 ). Zhang, Knutson y sus colegas rastrearon cuánto tiempo cada planeta bloqueó la luz de su estrella y cuánto de esa luz estelar fue absorbida por el helio que envolvía los planetas. Juntas, estas observaciones permiten al equipo medir los tamaños y formas de las atmósferas de los planetas.

“Cuando un planeta está perdiendo su atmósfera, se obtiene una gran cola de gas parecida a un cometa que sale del planeta”, dice Knutson. Si, en cambio, el gas todavía estuviera unido al planeta, como es el caso de Neptuno en nuestro Sistema Solar, los astrónomos habrían visto un círculo. «No entendemos completamente todas las formas que vemos en los flujos de salida», dice, «pero vemos que no son esféricos».

En otras palabras, cada planeta está perdiendo constantemente su helio. «Nunca hubiera imaginado que en cada planeta que miramos, veríamos una detección tan clara», dice Knutson.

Los astrónomos también calcularon cuánta masa estaban perdiendo esos exoplanetas ( SN: 19/6/17 ). “Esta tasa de pérdida de masa es lo suficientemente alta como para despojar a las atmósferas de al menos la mayoría de estos planetas, de modo que algunos de ellos, al menos, se convertirán en Super Tierras”, dice Zhang.

Sin embargo, estas tasas son solo instantáneas en el tiempo, dice Ian Crossfield, investigador de exoplanetas de la Universidad de Kansas en Lawrence que no participó en este trabajo. Para cada planeta, “no se sabe exactamente cómo ha estado perdiendo atmósfera a lo largo de toda su historia y en el futuro”, dice. “Todo lo que sabemos es lo que vemos hoy”. Incluso con preguntas tan abiertas, agrega, la idea de que los mini-Neptunos se conviertan en súper-Tierras «parece plausible».

Las teorías y simulaciones por computadora de cómo los planetas se forman y pierden sus atmósferas pueden ayudar a llenar algunos de los espacios en blanco en planetas individuales, dice Crossfield.

Las medidas de más mini-Neptunos también ayudarán. Zhang planea observar otro puñado. Además, «ya hemos analizado un objetivo más, y ese objetivo también tiene una [señal] de escape de helio bastante fuerte», dice. “Ahora tenemos cinco por cinco”.

Fuente: ScienceNews.

Artículo original: Mini-Neptunes may become super-Earths as the exoplanets lose their atmospheres‘. Liz Kruesi. August 8, 2022.

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En esta animación artística, se muestra al mini-Neptuno TOI 560.01 transformándose en una súper Tierra. El planeta tiene aproximadamente 2,8 veces el tamaño de la Tierra y tiene una atmósfera hinchada, compuesta principalmente de hidrógeno y helio. Las observaciones con el Observatorio WM Keck en Hawai revelaron que el helio se escapa del planeta. Los científicos dicen que el planeta podría perder la gran mayoría de su atmósfera después de varios cientos de millones de años, dejando atrás un tipo de gran planeta rocoso llamado super Tierra.
Créditos: Adam Makarenko (Observatorio Keck)
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Los astrónomos han identificado dos casos diferentes de planetas «mini-Neptuno» que están perdiendo sus atmósferas hinchadas y probablemente transformándose en súper-Tierras. La radiación de las estrellas de los planetas está despojando sus atmósferas, haciendo que el gas caliente escape como el vapor de una olla de agua hirviendo. Los nuevos hallazgos ayudan a pintar una imagen de cómo se forman y evolucionan mundos exóticos como estos, y ayudan a explicar una curiosa brecha en la distribución de tamaño de los planetas que se encuentran alrededor de otras estrellas.

Izquierda: Representación artística de la gran variedad de exoplanetas descubiertos por Kepler. Estos planetas abarcan una amplia gama de composiciones, temperaturas, distancias orbitales y tamaños, la mayoría de los cuales no están representados en nuestro Sistema Solar. Crédito: NASA Ames Research Center / Wendy Stenzel.

Una reseña de los principales descubrimientos realizados por la misión Kepler, dando un pantallazo general sobre exoplanetas, se presenta en el siguiente artículo que además contiene en su apartado «Material relacionado» una selección de recursos para ilustrar el tema:

Explicando «la brecha» de radios de exoplanetas (la brecha de Fulton)

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Lo que ha desconcertado a los observadores y teóricos hasta ahora es la alta proporción de planetas (aproximadamente de un tercio a la mitad) que son más grandes que la Tierra pero más pequeños que Neptuno. Estas ‘súper-Tierras’ están emergiendo como una nueva categoría de planeta, y podrían ser las más numerosas de todas (ver ‘Super-Tierras en ascenso’). Su sola existencia trastorna los modelos convencionales de formación planetaria y, además, la mayoría de ellos se encuentran en órbitas estrechas alrededor de su estrella anfitriona, precisamente donde los modeladores dicen que no deberían estar.

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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.

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. 

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

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