Los datos de Kepler revelan por qué los exoplanetas se están reduciendo

Encontrados en todo el universo, hay miles de millones (quizás incluso billones) de exoplanetas que orbitan estrellas de diferentes formas, tamaños, colores y más. Al igual que las estrellas que orbitan, los exoplanetas también tienen muchas formas, tamaños y colores diferentes, y los científicos los clasifican en uno de cuatro grupos: gigantes gaseosos, súper Tierras, subNeptunos y terrestres.

Curiosamente, entre los más de 5.000 exoplanetas descubiertos y catalogados por la NASA, la Agencia Espacial Europea y otras agencias, hay una curiosa ausencia de exoplanetas que oscilan entre 1,5 y 2 veces el tamaño de la Tierra (entre súper Tierras y planetas subneptunianos). ). ). En un nuevo estudio que utiliza datos del ahora retirado Telescopio Espacial Kepler de la NASA, los científicos pueden haber encontrado una pista de por qué existe esta brecha de tamaño, donde los núcleos de los exoplanetas separan sus atmósferas de adentro hacia afuera.

«Los científicos han confirmado ahora el descubrimiento de más de 5.000 exoplanetas, pero hay menos planetas de lo esperado, con un diámetro de entre 1,5 y dos veces el de la Tierra. Los científicos de exoplanetas ahora tienen datos suficientes para decir que esta brecha no es sólo una coincidencia», afirmó. «Está sucediendo algo que impide que los planetas alcancen y/o mantengan ese tamaño», dijo el líder científico y autor principal del Archivo de Exoplanetas de la NASA, Jesse Christiansen, del Instituto de Tecnología de California.

Como se mencionó anteriormente, la brecha de tamaño de los exoplanetas se encuentra entre los tamaños de las súper Tierras y los planetas subneptunianos. Los científicos creen que los exoplanetas de Neptuno son la causa probable de la diferencia de tamaño, ya que estudios anteriores han demostrado que los subplanetas de Neptuno son vulnerables a perder atmósfera. Los exoplanetas pueden perder sus atmósferas si no tienen suficiente masa y, por tanto, suficiente fuerza gravitacional para mantener su atmósfera. Si esta teoría de la pérdida de atmósfera es correcta y los planetas subneptunianos no tienen suficiente masa para retener sus atmósferas, probablemente se reducirían al tamaño de súper Tierras, lo que explicaría la brecha de tamaño entre las súper Tierras y los subplanetas. Neptuno.

Sin embargo, el proceso exacto por el cual los planetas subneptunianos pierden sus atmósferas ha seguido siendo un misterio durante años. Las dos teorías principales son la pérdida de masa energética del núcleo y la fotoevaporación. El nuevo estudio de Kepler de Christiansen et al. Mostró pruebas de la primera teoría: la pérdida de masa con energía fundamental.

Como se mencionó anteriormente, la pérdida de masa inducida por el núcleo es el proceso mediante el cual el núcleo de un planeta separa la atmósfera del planeta desde adentro hacia afuera. Este fenómeno ocurre cuando la radiación del núcleo caliente de un planeta interactúa con la atmósfera del planeta, provocando que la atmósfera desaparezca lentamente.

Otra teoría detrás de la pérdida de atmósfera en los planetas subneptunianos es la fotoevaporación, que ocurre cuando la radiación de la estrella anfitriona del exoplaneta, como los vientos y las llamaradas solares, elimina la atmósfera alrededor del exoplaneta. «La radiación de alta energía de la estrella actúa como un secador de pelo sobre un cubito de hielo», afirma el Dr. Christiansen.

Los científicos creen que la fotoevaporación ocurre durante los primeros 100 millones de años de la vida de un exoplaneta, mientras que se cree que la pérdida de masa del núcleo ocurre mucho más tarde, alrededor de mil millones de años después de la formación del planeta. De cualquier manera, si el planeta no tiene suficiente masa, perderá su atmósfera y se encogerá.

Impresión artística de un exoplaneta Neptuno que pierde su atmósfera por fotoevaporación. (Crédito: Observatorio WM Keck/Adam Makarenko)

Durante el estudio, Christiansen et al. El equipo utilizó datos de la misión K2 de la NASA, una misión de expansión del telescopio espacial Kepler, que fue retirado en 2018. El equipo utilizó datos recopilados por Kepler sobre los cúmulos de estrellas Praesepe y Hyades, que tienen entre 600 y 800 millones de años. respectivamente.

Dado que se cree que estos exoplanetas tienen la misma edad que su estrella anfitriona, Christiansen et al. Sabían que si observaban exoplanetas dentro de cúmulos estelares, los planetas tendrían que ser lo suficientemente viejos para sufrir fotoevaporación, pero aún demasiado jóvenes para experimentar una pérdida de masa de energía central. El equipo esperaba que si veían una gran cantidad de planetas subneptunianos en los cúmulos estelares, podrían concluir que no se produjo fotoevaporación, lo que significa que la pérdida de masa debido a la energía fundamental sería la principal explicación detrás de la pérdida de atmósfera en los cúmulos estelares. Planetas neptunianos.

Entonces, ¿qué encontró el equipo en los datos del K2?

Christiansen et al. Descubrió que casi todas las estrellas de Praecipe y Haades todavía contienen planetas subneptunianos u otros exoplanetas con atmósferas en órbita a su alrededor. Después de investigar los tamaños de los exoplanetas alrededor de las estrellas, el equipo cree que muchos exoplanetas todavía tienen sus atmósferas.

La presencia de estos exoplanetas alrededor de estas estrellas difiere de las estrellas más antiguas observadas por K2, que tenían más de 800 millones de años. De estas estrellas más antiguas, sólo el 25% tenía subneptunos en sus órbitas. Curiosamente, las edades más avanzadas de estas estrellas están más cerca del marco temporal en el que se cree que se produce la pérdida de masa de energía fundamental.

Una imagen del cúmulo de estrellas Praecipe. (Crédito: Stuart Heggie)

Los resultados de Christiansen et al. permitieron al equipo concluir que la fotoevaporación no podría ocurrir dentro de Prasepe y Hyades, ya que habría muy pocos exoplanetas con atmósferas dentro de los cúmulos de estrellas si ocurriera la fotoevaporación. Esto significa que la pérdida de masa debida a la energía fundamental es la teoría principal detrás de la pérdida atmosférica en los planetas subneptunianos.

Fue necesario que Christiansen et al. Se necesitaron más de cinco años para crear el catálogo de exoplanetas que se utilizó en este estudio. Si bien los hallazgos del equipo son ciertamente reveladores, todavía queda mucho que aprender sobre la fotoevaporación y la pérdida de masa de energía central. Además, los próximos estudios sobre planetas cercanos a Neptunianos y la pérdida atmosférica en exoplanetas pondrán a prueba los hallazgos de Christiansen et al.

Los resultados de Christiansen et al., fueron publicados en Revista astronómica El 15 de noviembre.

(Imagen principal: Impresión artística del exoplaneta subneptuno TOI-421 b. Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA y D. Player (STScI))