Posiblemente algunos de los más extraños, planetas más extremos entre los más de 4, 000 exoplanetas descubiertos hasta la fecha son las super-Tierras calientes:rocosas, Mundos ardientes que zumban tan precariamente cerca de sus estrellas anfitrionas que algunas de sus superficies probablemente sean mares derretidos de lava fundida.

Estos mundos ardientes aproximadamente del tamaño de la Tierra, se conocen de forma más evocadora como "planetas oceánicos de lava, "y los científicos han observado que un puñado de estas super-Tierras calientes son inusualmente brillantes, y de hecho más brillante que nuestro propio planeta azul brillante.

No está claro exactamente por qué estas bolas de fuego lejanas son tan brillantes, pero la nueva evidencia experimental de los científicos del MIT muestra que el brillo inesperado de estos mundos probablemente no se deba a la lava fundida o al vidrio enfriado (es decir, lava rápidamente solidificada) en sus superficies.

Los investigadores llegaron a esta conclusión después de interrogar el problema de una manera refrescante y directa:derritiendo rocas en un horno y midiendo el brillo de la lava resultante y el vidrio enfriado. que luego utilizaron para calcular el brillo de las regiones de un planeta cubiertas de material fundido o solidificado. Sus resultados revelaron que la lava y el vidrio, al menos como producto de los materiales que fundieron en el laboratorio, no son lo suficientemente reflectantes para explicar el brillo observado de ciertos planetas oceánicos de lava.

Sus hallazgos sugieren que las súper Tierras calientes pueden tener otras características sorprendentes que contribuyen a su brillo. como atmósferas ricas en metales y nubes altamente reflectantes.

"Todavía tenemos mucho que entender sobre estos planetas oceánicos de lava, "dice Zahra Essack, estudiante de posgrado en el Departamento de Tierra del MIT, Atmosférico, y Ciencias Planetarias. "Pensamos en ellos como bolas de roca brillantes, pero estos planetas pueden tener sistemas complejos de procesos superficiales y atmosféricos que son bastante exóticos, y nada que hayamos visto antes ".

Essack es el primer autor de un estudio que detalla los resultados del equipo, que aparece hoy en El diario astrofísico . Sus coautores son el ex postdoctorado del MIT Mihkel Pajusalu, que fue fundamental en la configuración inicial del experimento, y Sara Seager, el profesor de ciencia planetaria de la promoción de 1941, con citas en los departamentos de Física y Aeronáutica y Astronáutica.

Más que bolas de carbón

Las super-Tierras calientes tienen entre una y 10 veces la masa de la Tierra, y tienen períodos orbitales extremadamente cortos, dando vueltas alrededor de su estrella anfitriona en solo 10 días o menos. Los científicos esperaban que estos mundos de lava estuvieran tan cerca de su estrella anfitriona que cualquier atmósfera y nubes apreciables serían eliminadas. Como resultado, sus superficies serían de al menos 850 kelvin, o 1, 070 grados Fahrenheit:lo suficientemente caliente como para cubrir la superficie en océanos de roca fundida.

Los científicos han descubierto previamente un puñado de supertierras con albedos inesperadamente altos, o brillos, en el que reflejaban entre el 40 y el 50 por ciento de la luz de su estrella. En comparación, el albedo de la tierra, con todas sus superficies reflectantes y nubes, es sólo alrededor del 30 por ciento.

"Es de esperar que estos planetas de lava sean una especie de bolas de carbón que orbitan en el espacio, muy oscuros, no muy brillante en absoluto, "Dice Essack." Entonces, ¿qué los hace tan brillantes? "

Una idea ha sido que la lava misma puede ser la principal fuente de luminosidad de los planetas, aunque nunca hubo ninguna prueba, ya sea en observaciones o experimentos.

"Siendo gente del MIT, decidimos, OK, deberíamos hacer un poco de lava y ver si es brillante o no, "Dice Essack.

Haciendo lava

Para hacer primero lava, el equipo necesitaba un horno que pudiera alcanzar temperaturas lo suficientemente altas como para derretir basalto y feldespato, los dos tipos de rocas que eligieron para sus experimentos, ya que son materiales bien caracterizados que son comunes en la Tierra.

Como resulta, inicialmente no tenían que mirar más allá de la fundición del MIT, un espacio dentro del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, donde metalúrgicos capacitados ayudan a estudiantes e investigadores a fundir materiales en el horno de fundición para proyectos de investigación y de clase.

Essack trajo muestras de feldespato a la fundición, donde los metalúrgicos determinaban el tipo de crisol en el que colocarlos, y las temperaturas a las que debían calentarse.

"Lo dejan caer en el horno, deja que las rocas se derritan, llevarlo a cabo, y luego todo el lugar se convierte en un horno, hace mucho calor, "Dice Essack." Y fue una experiencia increíble estar al lado de esta lava brillante, sintiendo ese calor ".

Sin embargo, el experimento se topó rápidamente con un obstáculo:la lava, una vez que fue sacado del horno, casi instantáneamente enfriado en un suave, material vidrioso. El proceso ocurrió tan rápido que Essack no pudo medir la reflectividad de la lava mientras aún estaba fundida.

Así que llevó el vidrio de feldespato enfriado a un laboratorio de espectroscopía que diseñó e implementó en el campus para medir su reflectancia. al hacer brillar una luz sobre el vidrio desde diferentes ángulos y medir la cantidad de luz que se refleja en la superficie. Repitió estos experimentos para vidrio de basalto enfriado, muestras de las cuales fueron donadas por colegas de la Universidad de Syracuse que dirigen el Proyecto Lava. Seager los visitó hace unos años para una versión preliminar del experimento, y en ese momento recogió muestras de basalto que ahora se utilizan para los experimentos de Essack.

"Derritieron un montón de basalto y lo vertieron por una pendiente, y nos lo rompieron, "Dice Seager.

Después de medir el brillo del vidrio de basalto y feldespato enfriado, Essack buscó en la literatura para encontrar medidas de reflectividad de silicatos fundidos, que son un componente importante de la lava en la Tierra. Ella usó estas medidas como referencia para calcular qué tan brillante sería la lava inicial del vidrio de basalto y feldespato. Luego estimó el brillo de una súper Tierra caliente cubierta completamente de lava o vidrio enfriado. o combinaciones de los dos materiales.

En el final, ella encontró eso, no importa la combinación de materiales de la superficie, el albedo de un planeta con océano de lava no sería superior al 10 por ciento, bastante oscuro en comparación con el albedo del 40 al 50 por ciento observado en algunas super-Tierras calientes.

"Esto es bastante oscuro en comparación con la Tierra, y no lo suficiente para explicar el brillo de los planetas que nos interesan, "Dice Essack.

Esta constatación ha reducido el rango de búsqueda para interpretar observaciones, y dirige estudios futuros para considerar otras posibilidades exóticas, como la presencia de atmósferas ricas en metales reflectantes.

"No estamos 100 por ciento seguros de qué están hechos estos planetas, por lo que estamos reduciendo el espacio de parámetros y orientando los estudios futuros hacia todas estas otras opciones potenciales, "Dice Essack.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.