Una simulación por computadora de cómo cambia la distribución de los tamaños de los planetas a medida que envejecen los sistemas planetarios. La brecha de radio es evidente alrededor del doble del radio de la Tierra, aunque depende de los períodos orbitales de los planetas. La evidencia sugiere que la brecha cambia con el tiempo a medida que los mini planetas Neptuno envueltos en gas pierden sus atmósferas. dejando atrás una super-Tierra sólida. Se destaca un planeta que está experimentando este proceso (representado como un núcleo con una atmósfera), con su cambio de tamaño trazado a la derecha. Crédito:Animación de Erik Petigura (UCLA); Simulación de James Owen (Imperial College London)
Ha habido un gran avance en el caso de los planetas perdidos.
Mientras que las misiones de búsqueda de planetas han descubierto miles de mundos orbitando estrellas distantes, Hay una gran escasez de exoplanetas que miden entre 1,5 y dos veces el radio de la Tierra. Ese es el término medio entre las supertierras rocosas y las más grandes, planetas cubiertos de gas llamados mini-Neptunes. Desde que descubrió esta 'brecha de radio' en 2017, Los científicos han estado investigando por qué hay tan pocos cuerpos celestes de tamaño mediano.
La nueva pista surgió de una nueva forma de ver los datos. Un equipo de investigadores dirigido por Trevor David del Instituto Flatiron investigó si la brecha del radio cambia a medida que los planetas envejecen. Dividieron exoplanetas en dos grupos, jóvenes y viejos, y reevaluaron la brecha. Los radios de planetas menos comunes del grupo más joven eran más pequeños en promedio que los menos comunes del grupo más antiguo, ellos encontraron. Si bien el tamaño más escaso para los planetas más jóvenes era aproximadamente 1,6 veces el radio de la Tierra, es aproximadamente 1,8 veces el radio de la Tierra en edades más avanzadas.
La implicación, los investigadores proponen, es que algunos mini-Neptunes se encogen drásticamente durante miles de millones de años a medida que sus atmósferas se filtran, dejando atrás solo un núcleo sólido. Al perder su gas, los mini-Neptunes "saltan" la brecha del radio del planeta y se convierten en súper-Tierras. Conforme pasé él tiempo, la brecha del radio cambia a medida que los mini-Neptunes cada vez más grandes hacen el salto, transformándose en super-Tierras cada vez más grandes. El hueco, en otras palabras, es el abismo entre las super-Tierras de mayor tamaño y las mini-Neptunas de menor tamaño que aún pueden conservar sus atmósferas. Los investigadores informan sus hallazgos el 14 de mayo en El diario astronómico .
"El punto principal es que los planetas no son las esferas estáticas de rocas y gas que a veces tendemos a pensar en ellos, "dice David, investigador del Centro de Astrofísica Computacional (CCA) del Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York. En algunos modelos de pérdida atmosférica propuestos anteriormente, "algunos de estos planetas eran diez veces más grandes al comienzo de sus vidas".
Los hallazgos dan crédito a dos sospechosos propuestos previamente en el caso:el calor sobrante de la formación planetaria y la intensa radiación de las estrellas anfitrionas. Ambos fenómenos agregan energía a la atmósfera de un planeta, haciendo que el gas escape al espacio. "Probablemente ambos efectos son importantes, "dice David, "pero necesitaremos modelos más sofisticados para saber cuánto contribuye cada uno de ellos y cuándo" en el ciclo de vida del planeta.
Los coautores del artículo incluyen a la investigadora becaria de CCA Gabriella Contardo, La científica investigadora asociada de CCA Ruth Angus, La científica investigadora asociada de CCA Megan Bedell, El científico investigador asociado de CCA Daniel Foreman-Mackey y el investigador invitado de CCA Samuel Grunblatt.
El nuevo estudio utilizó datos recopilados por la nave espacial Kepler, que midió la luz de estrellas distantes. Cuando un exoplaneta se mueve entre una estrella y la Tierra, la luz observada de la estrella se atenúa. Al analizar la rapidez con la que el planeta orbita su estrella, el tamaño de la estrella, y el alcance de la atenuación, los astrónomos pueden estimar el tamaño del exoplaneta. Estos análisis finalmente llevaron al descubrimiento de la brecha de radio.
Los científicos han propuesto previamente algunos mecanismos potenciales para la creación de la brecha, con cada proceso que se lleva a cabo en una escala de tiempo diferente. Algunos creían que la brecha se produce durante la formación planetaria cuando algunos planetas se forman sin suficiente gas cercano para inflar su tamaño. En este escenario, el radio del planeta, y por lo tanto el espacio de radio, se imprimirá al nacer. Otra hipótesis fue que las colisiones con rocas espaciales podrían destruir la atmósfera espesa de un planeta, evitando que los planetas más pequeños acumulen una gran cantidad de gas. Este mecanismo de impacto tomaría aproximadamente de 10 a 100 millones de años.
Otros posibles mecanismos requieren más tiempo. Una propuesta es que los intensos rayos X y la radiación ultravioleta de la estrella anfitriona de un planeta eliminan el gas con el tiempo. Este proceso, llamado fotoevaporación, tomaría menos de 100 millones de años para la mayoría de los planetas, pero podría tomar miles de millones de años para algunos. Otra sugerencia es que el calor remanente de la formación de un planeta agrega lentamente energía a la atmósfera del planeta, provocando que el gas se escape al espacio durante miles de millones de años.
David y sus colegas comenzaron su investigación examinando más de cerca la brecha en sí. Medir el tamaño de las estrellas y los exoplanetas puede ser complicado, por lo que limpiaron los datos para incluir solo planetas cuyos diámetros se conocían con seguridad. Este procesamiento de datos reveló una brecha más vacía de lo que se pensaba.
Luego, los investigadores clasificaron los planetas en función de si eran más jóvenes o mayores de 2 mil millones de años. (Tierra, para comparacion, tiene 4.500 millones de años). Dado que una estrella y sus planetas se forman simultáneamente, determinaron la edad de cada planeta en función de la edad de su estrella.
Los resultados sugieren que los mini-Neptunes más pequeños no pueden retener su gas. Durante miles de millones de años el gas se quita, dejando atrás una super-Tierra mayoritariamente sólida. Ese proceso lleva más tiempo para los mini-Neptunos más grandes, que se convierten en las supertierras más grandes, pero no afectará a los planetas gaseosos más gigantescos. cuya gravedad es lo suficientemente fuerte como para contener sus atmósferas.
El hecho de que la brecha del radio evolucione a lo largo de miles de millones de años sugiere que el culpable no son las colisiones planetarias o una peculiaridad inherente de la formación planetaria. El calor remanente del interior de los planetas que elimina gradualmente la atmósfera es una buena opción, David dice, pero la intensa radiación de las estrellas madre también podría contribuir, especialmente al principio. El siguiente paso es que los científicos modelen mejor cómo evolucionan los planetas para descubrir qué explicación juega un papel más importante. Eso podría significar considerar complejidades adicionales como las interacciones entre atmósferas incipientes y campos magnéticos planetarios o océanos de magma.
