Las estrellas más brillantes en el cielo nocturno pueden despojar las atmósferas de los planetas dejando sus núcleos rocosos

Concepto artístico de un planeta del tamaño de Neptuno, a la izquierda, alrededor de una estrella azul tipo A. Los astrónomos de UC Berkeley han descubierto un gigante gaseoso difícil de encontrar alrededor de una de estas estrellas brillantes pero de corta duración, justo en el borde del cálido desierto de Neptunos, donde la fuerte radiación de la estrella probablemente despoja a cualquier planeta gigante de su gas. 
Crédito de la imagen: Steven Giacalone, UC Berkeley.

Durante los últimos 25 años, los astrónomos han encontrado miles de exoplanetas alrededor de estrellas en nuestra galaxia, pero más del 99 % de ellos orbitan estrellas más pequeñas, desde enanas rojas hasta estrellas ligeramente más masivas que nuestro Sol, que se considera una estrella de tamaño promedio.

Se han descubierto pocos alrededor de estrellas aún más masivas, como las estrellas de tipo A, estrellas azules brillantes dos veces más grandes que el Sol, y la mayoría de los exoplanetas que se han observado son del tamaño de Júpiter o más grandes. Algunas de las estrellas más brillantes del cielo nocturno, como Sirio y Vega, son estrellas de tipo A.

Los astrónomos de la Universidad de California, Berkeley, ahora informan sobre un nuevo planeta del tamaño de Neptuno, llamado HD 56414 b, alrededor de una de estas estrellas de tipo A ardientes, pero de corta duración, y brindan una pista sobre por qué hay tan pocos gigantes gaseosos más pequeños que Júpiter que han sido vistos alrededor de las estrellas más brillantes, que representan el 1% de las estrellas de nuestra galaxia.

Los métodos actuales de detección de exoplanetas encuentran más fácilmente planetas con períodos orbitales cortos y rápidos alrededor de sus estrellas, pero este planeta recién descubierto tiene un período orbital más largo que la mayoría de los descubiertos hasta la fecha. Los investigadores sugieren que un planeta del tamaño de Neptuno, más fácil de encontrar, situado más cerca de una estrella brillante de tipo A, sería despojado rápidamente de su gas por la fuerte radiación estelar y reducido a un núcleo indetectable.

Si bien se ha propuesto esta teoría para explicar los llamados desiertos de ‘Neptunos calientes’ alrededor de estrellas más rojas, se desconocía si esto se extendía a estrellas más calientes (las estrellas de tipo A son entre 1,5 y 2 veces más calientes que el Sol) debido a la escasez de planetas conocidos alrededor de algunas de las estrellas más brillantes de la galaxia.

«Es uno de los planetas más pequeños que conocemos alrededor de estas estrellas realmente masivas», dijo Steven Giacalone, estudiante graduado de UC Berkeley. “De hecho, esta es la estrella más caliente que conocemos con un planeta más pequeño que Júpiter. Este planeta es interesante ante todo porque este tipo de planetas son realmente difíciles de encontrar, y probablemente no encontremos muchos como ellos en el futuro cercano”.

Desierto de Neptunos calientes

El descubrimiento de lo que los investigadores denominan un «Neptuno cálido» justo fuera de la zona donde el planeta habría sido despojado de su gas sugiere que las estrellas brillantes de tipo A pueden tener numerosos núcleos invisibles dentro de la zona de Neptunos calientes que esperan ser descubiertos a través de técnicas más sensibles.

Los astrónomos han encontrado miles de exoplanetas (puntos negros) alrededor de estrellas en la galaxia de la Vía Láctea, pero se han descubierto pocos planetas del tamaño de Neptuno en órbitas de período corto alrededor de sus estrellas, creando lo que los astrónomos llaman un desierto de Neptunos Calientes (región rosa, que representa planetas con radios de 3 a 10 veces el de la Tierra con periodos orbitales de menos de 3 días). Un planeta del tamaño de Neptuno recién descubierto (estrella amarilla) sugiere que no sobreviven lo suficiente como para ser detectados. Los planetas en este gráfico fueron descubiertos cuando cruzaron frente a su estrella (transitaron), atenuando su luz. Las técnicas actuales se limitan a encontrar planetas en órbitas cercanas y de período corto, de menos de unos 100 días. 
Crédito del Gráfico:
Steven Giacalone, utilizando datos cortesía de la NASA.

«Podríamos esperar ver una acumulación de núcleos neptunianos remanentes con períodos orbitales cortos» alrededor de tales estrellas, concluyeron los investigadores en su artículo.

¿Cómo evolucionan las atmósferas planetarias?

El descubrimiento también se suma a nuestra comprensión de cómo evolucionan las atmósferas planetarias, dijo Courtney Dressing, Profesora Asistente de Astronomía de UC Berkeley.

“Hay una gran pregunta sobre cómo los planetas retienen sus atmósferas a lo largo del tiempo”, dijo Dressing. “Cuando observamos planetas más pequeños, ¿estamos observando la atmósfera con la que se formó cuando se gestó originalmente a partir de un disco de acreción? ¿Estamos viendo una atmósfera que fue desgasificada del planeta con el tiempo? Si somos capaces de ver planetas que reciben diferentes cantidades de luz de su estrella, especialmente diferentes longitudes de onda de luz, que es lo que nos permiten hacer las estrellas de tipo A, nos permite cambiar la proporción de rayos X a luz ultravioleta, entonces podemos tratar de ver exactamente cómo un planeta mantiene su atmósfera a lo largo del tiempo”.

Giacalone y Dressing informaron sobre su descubrimiento en un artículo aceptado por The Astrophysical Journal Letters y publicado en línea el12 de Agosto.

Según Dressing, está bien establecido que los planetas del tamaño de Neptuno altamente irradiados que orbitan estrellas menos masivas, similares al Sol, son más raros de lo esperado. Pero no se sabe si esto es válido para los planetas que orbitan estrellas de tipo A porque esos planetas son difíciles de detectar.

Y una estrella de tipo A es un animal diferente de las enanas más pequeñas F, G, K y M. Los planetas cercanos que orbitan estrellas similares al Sol reciben grandes cantidades de rayos X y radiación ultravioleta, pero los planetas cercanos que orbitan estrellas de tipo A experimentan mucha más radiación ultravioleta cercana que radiación de rayos X o radiación ultravioleta extrema.

«Determinar si el desierto de Neptunos calientes también se extiende a las estrellas de tipo A proporciona una idea de la importancia de la radiación ultravioleta cercana en el control del escape atmosférico», dijo. “Este resultado es importante para comprender la física de la pérdida de masa atmosférica e investigar la formación y evolución de los planetas pequeños”.

Sobre el planeta HD 56414 b. Modelando su atmósfera

El planeta HD 56414 b fue detectado por la misión TESS de la NASA mientras transitaba por su estrella, HD 56414. Dressing, Giacalone y sus colegas confirmaron que HD 56414 era una estrella de tipo A al obtener espectros con el telescopio de 1,5 metros operado por el ‘Small and Moderate Aperture Research Telescope System’ (SMARTS) Consortium en Cerro Tololo en Chile.

El planeta tiene un radio 3,7 veces el de la Tierra y orbita la estrella cada 29 días a una distancia equivalente a aproximadamente un cuarto de la distancia entre la Tierra y el Sol. El sistema tiene aproximadamente 420 millones de años, mucho más joven que la edad de 4.500 millones de años de nuestro Sol.

Los investigadores modelaron el efecto que la radiación de la estrella tendría en el planeta y concluyeron que, si bien la estrella podría estar haciendo desaparecer lentamente la atmósfera del planeta, probablemente sobreviviría mil millones de años – más allá del punto en el que se espera que la estrella se consuma y colapse, produciendo una supernova.

Giacalone dijo que los planetas del tamaño de Júpiter son menos susceptibles a la fotoevaporación porque sus núcleos son lo suficientemente masivos como para retener su gas de hidrógeno.

“Existe este equilibrio entre la masa central del planeta y cuán hinchada está su atmósfera”, dijo. “Para los planetas del tamaño de Júpiter o más grandes, el planeta es lo suficientemente masivo como para aferrar gravitacionalmente a su atmósfera hinchada. A medida que desciendes a planetas del tamaño de Neptuno, la atmósfera aún está hinchada, pero el planeta no es tan masivo, por lo que pueden perder sus atmósferas más fácilmente”.

Mirando hacia el futuro

Giacalone y Dressing continúan buscando más exoplanetas del tamaño de Neptuno alrededor de estrellas de tipo A, con la esperanza de encontrar otros en o cerca del desierto de ‘Neptunos calientes’, para comprender dónde se forman estos planetas en el disco de acreción durante la formación estelar, ya sea que se muevan hacia adentro o hacia afuera con el tiempo, y cómo evolucionan sus atmósferas.

El trabajo fue apoyado por un premio FINESST de la NASA (80NSSC20K1549) y la Fundación David y Lucile Packard (2019-69648).

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Fuente: Universidad de California Berkeley (UC Berkeley).

Artículo original:Brightest stars in the night sky can strip planets to their rocky cores‘. Robert Sanders. August 12, 2022.

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