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, expulsando gas caliente como el vapor de unaolla de agua hirviendo.
"La mayoría de los astrónomos sospechaban que los mini-Neptunos jóvenes y pequeños debían tener atmósferas en evaporación", dice Michael Zhang, autor principal de ambos estudios y estudiante de posgrado en Caltech. "Pero nadie había captado uno en el proceso de hacerlo hasta ahora.."
Los hallazgos se publican en dos artículos separados en El diario astronómico: uno se basa en datos del Observatorio WM Keck en Maunakea, Hawái y el otro artículo involucra observaciones del Telescopio Espacial Hubble de la NASA. Juntos, los estudios ayudan a pintar una imagen de cómo se forman y evolucionan mundos exóticos como estos.
Los mini-neptunos son una clase de exoplanetas, que son planetas que orbitan estrellas fuera de nuestro sistema solar. Estos mundos, que son versiones más pequeñas y densas del planeta Neptuno, consisten en grandes núcleos rocosos rodeados por gruesas capas de gas.
En los nuevos estudios, un equipo de astrónomos dirigido por Caltech usó el espectrógrafo de infrarrojo cercano del Observatorio Keck NIRSPEC para estudiar uno de los dos planetas mini-Neptuno en el sistema estelar llamado TOI 560, ubicado a 103 años luz de distancia; yusó Hubble para observar dos mini-Neptunos que orbitan HD 63433, ubicados a 73 años luz de distancia.
Sus resultados muestran que el gas atmosférico se escapa del mini-Neptuno más interno en TOI 560, llamado TOI 560.01, y del mini-Neptuno más externo en HD 63433, llamado HD 63433 c.
Además, los datos del Observatorio Keck mostraron sorprendentemente que el gas alrededor de TOI 560.01 escapaba predominantemente hacia la estrella.
"Esto fue inesperado, ya que la mayoría de los modelos predicen que el gas debería alejarse de la estrella", dice la profesora de Ciencias Planetarias Heather Knutson, asesora de Zhang y coautora del estudio. "Todavía tenemos mucho que aprender sobrecómo funcionan estos flujos de salida en la práctica".
¿Explicación de la brecha planetaria?
Desde que se descubrieron los primeros exoplanetas que orbitan estrellas similares al Sol a mediados de la década de 1990, se han encontrado miles de otros. Muchos de estos orbitan cerca de sus estrellas, y los más pequeños y rocosos generalmente se dividen en dos grupos: mini-Neptunosy súper-Tierras Las súper-Tierras son tan grandes como 1,6 veces el tamaño de la Tierra y ocasionalmente tan grandes como 1,75 veces el tamaño de la Tierra, mientras que los mini-Neptunos tienen entre dos y cuatro veces el tamaño de la Tierra.Se han detectado planetas con tamaños entre estos dos tipos de planetas.
Una posible explicación de esta brecha es que los mini-Neptunos se están transformando en súper-Tierras. Se teoriza que los mini-Neptunos están protegidos por atmósferas primordiales hechas de hidrógeno y helio. El hidrógeno y el helio son restos de la formación de laestrella central, que nace de nubes de gas.Si un mini-Neptuno es lo suficientemente pequeño y está lo suficientemente cerca de su estrella, los rayos X estelares y la radiación ultravioleta pueden destruir su atmósfera primordial durante un período de cientos de millones de años,Los científicos teorizan. Esto dejaría atrás una súper Tierra rocosa con un radio sustancialmente más pequeño, que podría, en teoría, aún retener una atmósfera relativamente delgada similar a la que rodea nuestro propio planeta.
"Un planeta en la brecha tendría suficiente atmósfera para inflar su radio, haciendo que interceptara más radiación estelar y, por lo tanto, permitiendo una rápida pérdida de masa", dice Zhang. "Pero la atmósfera es lo suficientemente delgada como para perderse rápidamente. Esto espor qué un planeta no permanecería en la brecha por mucho tiempo".
Otros escenarios podrían explicar la brecha, según los astrónomos. Por ejemplo, es posible que los planetas rocosos más pequeños nunca hayan reunido envolturas de gas en primer lugar, y los mini-Neptunos podrían ser mundos acuáticos y no estar envueltos en gas de hidrógeno. Este último descubrimientode dos mini-Neptunos con atmósferas que se escapan representa la primera evidencia directa para apoyar la teoría de que los mini-Neptunos se están convirtiendo en súper-Tierras.
Firmas a la luz del sol
Los astrónomos pudieron detectar las atmósferas que escapaban al observar los mini-Neptunos cruzar frente a, o transitar, sus estrellas anfitrionas. Los planetas no se pueden ver directamente, pero cuando pasan frente a sus estrellas como se ve desde nuestro punto de vistavista en la Tierra, los telescopios pueden buscar la absorción de la luz de las estrellas por los átomos en las atmósferas de los planetas. En el caso del mini-Neptuno TOI 560.01, los investigadores encontraron firmas de helio. Para el sistema estelar HD 63433, el equipo encontró firmas de hidrógeno.en el planeta más exterior que estudiaron, llamado HD 63433 c, pero no en el planeta interior, HD 63433 b.
"Es posible que el planeta interior ya haya perdido su atmósfera", explica Zhang.
La velocidad de los gases proporciona la evidencia de que las atmósferas están escapando. El helio observado alrededor de TOI 560.01 se mueve a una velocidad de 20 kilómetros por segundo, mientras que el hidrógeno alrededor de HD 63433 c se mueve a una velocidad de 50 kilómetros por segundo.la gravedad de estos mini-Neptunos no es lo suficientemente fuerte como para retener un gas que se mueve tan rápido.La extensión de los flujos de salida alrededor de los planetas también indica atmósferas que se escapan: el capullo de gas alrededor de TOI 560.01 es al menos 3,5 veces más grande que el radiodel planeta, y el capullo alrededor de HD 63433 c es al menos 12 veces el radio del planeta.
En cuanto al extraño descubrimiento de que el gas perdido por TOI 560.01 fluía hacia su estrella anfitriona, en lugar de alejarse de ella, las futuras observaciones de otros mini-Neptunos deberían revelar si TOI 560.01 es una anomalía o si se trata de un movimiento hacia el interior.la salida atmosférica es más común.
"Como científicos de exoplanetas, hemos aprendido a esperar lo inesperado", dice Knutson. "Estos mundos exóticos nos sorprenden constantemente con nueva física que va más allá de lo que observamos en nuestro sistema solar".
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Observatorio WM Keck. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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