La NASA revela el misterio de los exoplanetas cada vez más pequeños

Un nuevo estudio podría explicar los exoplanetas «faltantes» entre las súper Tierras y los planetas subneptunianos.

Algunos exoplanetas parecen estar perdiendo sus atmósferas y encogiéndose. En un nuevo estudio que utiliza NASAUtilizando el retirado telescopio espacial Kepler, los astrónomos han encontrado evidencia de una posible causa: que los núcleos de estos planetas separan sus atmósferas de adentro hacia afuera.

Brecha de tamaño de exoplanetas

Exoplanetas (planetas fuera de nuestro sistema solar) Viene en una variedad de tamaños.Desde pequeños planetas rocosos hasta enormes gigantes gaseosos. En el medio hay una roca Súper Tierra Y subneptunos más grandes con atmósferas hinchadas. Pero hay una notoria ausencia –la “brecha de tamaño”– de planetas entre 1,5 y 2 veces el tamaño de la Tierra (o entre supertierras y planetas subneptunianos) que los científicos están trabajando para comprender mejor.

«Los científicos han confirmado ahora el descubrimiento de más de 5.000 exoplanetas, pero hay menos planetas con un diámetro de 1,5 a 2 metros», dijo Jesse Christiansen, científico investigador de Caltech/IPAC y director científico del Archivo de Exoplanetas de la NASA. de la tierra. Autor del nuevo estudio en Revista astronómica. «Los científicos de exoplanetas ahora tienen suficientes datos para decir que esta brecha no es sólo una casualidad. Está sucediendo algo que impide que los planetas lleguen y/o permanezcan allí».

El concepto de este artista muestra cómo podría verse el exoplaneta TOI-421 b de Neptuno. En un nuevo estudio, los científicos han encontrado nueva evidencia que indica cómo este tipo de planetas pierden sus atmósferas. Fuente: NASA, Agencia Espacial Europea, Agencia Espacial Canadiense y D. Jugador (STScI)

Los investigadores creen que esta brecha puede explicarse porque algunos subplanetas pierden su atmósfera con el tiempo. Esta pérdida se produciría si el planeta no tuviera suficiente masa y, por tanto, fuerza gravitacional, para retener su atmósfera. Por lo tanto, los planetas subneptunianos que no sean lo suficientemente masivos se reducirán hasta aproximadamente el tamaño de las súper Tierras, dejando una brecha entre los dos tamaños de planetas.

Pero sigue siendo un misterio cómo estos planetas pierden su atmósfera. Los científicos se han decidido por dos posibles mecanismos: uno se llama pérdida de masa como energía fundamental; La otra es la fotoevaporación. El estudio reveló nueva evidencia que respalda lo primero.

Este vídeo explica las diferencias entre los principales tipos de exoplanetas o planetas fuera de nuestro sistema solar. Crédito: NASA/Laboratorio de propulsión a chorro-Instituto de Tecnología de California

resolver el rompecabezas

La pérdida de masa del núcleo ocurre cuando la radiación del núcleo caliente de un planeta empuja la atmósfera lejos del planeta con el tiempo, «y esa radiación empuja la atmósfera desde abajo», dijo Christiansen.

La otra explicación principal de una brecha planetaria es la fotoevaporación, que ocurre cuando la atmósfera de un planeta explota debido a la radiación caliente de su estrella anfitriona. En este escenario, «la radiación de alta energía de la estrella actúa como un secador de pelo sobre un cubo de hielo», dijo.

Si bien se cree que la fotoevaporación ocurre dentro de los primeros 100 millones de años de vida del planeta, se cree que la pérdida de masa debido a la energía fundamental ocurre mucho más tarde, alrededor de mil millones de años después de la vida del planeta. Pero con cualquiera de los mecanismos, «si no tienes suficiente masa, no podrás sostenerte, perderás tu atmósfera y te encogerás», añadió Christiansen.

Este gráfico detalla los principales tipos de exoplanetas. Los científicos están trabajando para comprender mejor la «brecha de tamaño», o aparente ausencia, de los planetas que se encuentran entre las súper Tierras y los planetas subneptunianos. Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech

Descubriendo evidencia a través de la observación

En este estudio, Chittiansen y sus coautores utilizaron datos del K2 de la NASA, una misión de extensión del telescopio espacial Kepler, para observar los cúmulos de estrellas Praesepe y Hyades, que tienen entre 600 y 800 millones de años. Debido a que generalmente se piensa que los planetas tienen la misma edad que su estrella anfitriona, los planetas subneptunianos en este sistema habrán superado con creces la edad en la que puede ocurrir la fotoevaporación, pero no tienen la edad suficiente para sufrir una pérdida de masa de energía central.

Entonces, si el equipo ve que hay muchos planetas subneptunianos en Prasepe y Hyades (en comparación con estrellas más antiguas en otros cúmulos), pueden concluir que no ocurrió fotoevaporación. En este caso, la pérdida de masa debida a la energía fundamental sería la explicación más probable de lo que le sucede a la masa menos masiva del subNeptuno con el tiempo.

Al observar a Brycepe y Haades, los investigadores descubrieron que casi el 100% de las estrellas de estos cúmulos todavía contienen una subestrella.Neptuno Un planeta o planeta candidato en su órbita. A juzgar por el tamaño de estos planetas, los investigadores creen que han conservado su atmósfera.

Esta ilustración muestra el cazador de exoplanetas de la NASA, el Telescopio Espacial Kepler. La agencia anunció el 30 de octubre de 2018 que Kepler se había quedado sin combustible y que se retiraría dentro de su órbita actual y segura, lejos de la Tierra. Kepler dejó un legado de más de 2.600 descubrimientos de exoplanetas. Crédito de la imagen: NASA/Wendy Stenzel/Daniel Rutter

Esto difiere de las otras estrellas más antiguas observadas por K2 (estrellas de más de 800 millones de años), de las cuales sólo el 25% orbita alrededor de subneptunos. La edad más avanzada de estas estrellas se acerca más al marco temporal en el que se cree que se produce la pérdida de masa de energía fundamental.

A partir de estas observaciones, el equipo concluyó que la fotoevaporación no pudo haber ocurrido en Praesepe y Hyades. Si eso hubiera sucedido, habría sucedido hace cientos de millones de años, y a estos planetas les habría quedado poca o ninguna atmósfera. Esto hace que la pérdida de masa inducida por el núcleo sea la principal explicación de lo que probablemente esté sucediendo en las atmósferas de estos planetas.

La investigación en curso y el legado de Kepler

El equipo de Christiansen pasó más de cinco años construyendo el catálogo de planetas necesario para el estudio. Pero la investigación aún está lejos de estar completa, y la comprensión actual de la fotoevaporación y/o la pérdida de masa de energía fundamental podría evolucionar aún más. Es probable que los resultados tengan que ser probados por estudios futuros antes de que alguien pueda anunciar que el misterio de esta brecha planetaria se ha resuelto de una vez por todas.

Este estudio se realizó utilizando el Archivo de Exoplanetas de la NASA, administrado por el Instituto de Tecnología de California en Pasadena bajo contrato con la NASA como parte del Programa de Exploración de Exoplanetas, y está ubicado en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. JPL es una división del Instituto de Tecnología de California.

Referencia: «Escalamiento de K2. VII. «Evidencia de una alta tasa de creación del subneptuno caliente mesozoico» por Jesse L. Christiansen, John K. Zinke, Kevin K. Hardigree-Ullman, Rachel B. Fernandez, Philip F. Hopkins , Louisa M. Ripoll, Kirsten M. Polley, Galen J. Bergsten y Saki Burri, 15 de noviembre de 2023, Revista astronómica.
doi: 10.3847/1538-3881/acf9f9

La misión Kepler de la NASA

El 30 de octubre de 2018, Kepler se quedó sin combustible y puso fin a su misión después de nueve años, durante los cuales descubrió más de 2.600 planetas confirmados alrededor de otras estrellas junto con miles de candidatos adicionales que los astrónomos están trabajando para confirmar.

El Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California, gestiona las misiones Kepler y K2 para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA. JPL gestionó el desarrollo de la misión Kepler. Ball Aerospace & Technologies Corporation operó el sistema de vuelo con el apoyo del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado en Boulder.