Los datos de Kepler revelan la razón de la reducción de los exoplanetas

Distribuidos por todo el universo, hay miles de millones, si no miles de millones, de exoplanetas que orbitan alrededor de estrellas de diversas formas, tamaños, colores, etc. 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 ESA y otras agencias, hay una extraña ausencia de exoplanetas de entre 1,5 y el doble del tamaño de la Tierra (entre súper Tierras y subNeptunos). ). Dans une nouvelle étude utilisant les données du télescope spatial Kepler de la NASA, aujourd’hui retiré, les scientifiques ont peut-être trouvé des preuves de l’existence de cet écart de taille : les noyaux des exoplanètes repoussent leur atmosphère de l’intérieur hacia el exterior.

“Los científicos han confirmado ya la detección de más de 5.000 exoplanetas, pero hay menos planetas de lo esperado, con un diámetro de entre 1,5 y el doble que el de la Tierra. Los científicos de exoplanetas ahora tienen datos suficientes para decir que esta discrepancia no es una coincidencia. Algo está sucediendo que impide que los planetas alcancen y/o permanezcan en ese tamaño”, dijo Jessie Christiansen, científica principal del Archivo de Exoplanetas de la NASA y autora principal de Caltech.

Como se mencionó, la brecha en el tamaño de los exoplanetas se encuentra entre los tamaños de las súper Tierras y los subNeptunos. Los científicos creen que los exoplanetas subneptunos son la posible causa de esta discrepancia de tamaño, ya que estudios anteriores han demostrado que los exoplanetas subneptunos son sensibles a la pérdida atmosférica. Los exoplanetas pueden perder su atmósfera si no tienen suficiente masa y, por tanto, suficiente fuerza gravitacional para retener su atmósfera. Si esta teoría de la pérdida atmosférica es cierta y los subneptunos no tienen suficiente masa para retener su atmósfera, probablemente se reducirían al tamaño de las súper Tierras, lo que explicaría la brecha de tamaño entre las súper Tierras y el subsuelo. Neptuno.

Sin embargo, el proceso exacto por el cual los subneptunos pierden su atmósfera ha sido un misterio durante años. Las dos teorías principales son la pérdida de masa impulsada por el núcleo y la fotoevaporación. El nuevo estudio de Kepler realizado por Christiansen et al. mostró pruebas de la primera teoría: la pérdida de masa impulsada por el núcleo.

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

La otra teoría detrás de la pérdida atmosférica en las regiones subneptunianas, la fotoevaporación, ocurre cuando la radiación de la estrella anfitriona del exoplaneta, como el viento solar y las erupciones solares, arrastra la atmósfera alrededor del exoplaneta. El Dr. Christiansen explica que «la radiación de alta energía emitida por la estrella actúa como un secador de pelo sobre un cubito de hielo».

Los científicos creen que la fotoevaporación ocurre durante los primeros 100 millones de años de la vida de un exoplaneta, mientras 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 subneptuno que pierde su atmósfera por fotoevaporación. (Crédito: Observatorio WM Keck/Adam Makarenko)

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

Dado que se cree que estos exoplanetas tienen aproximadamente la misma edad que su estrella anfitriona, Christiansen et al. Sabía que si observaban exoplanetas dentro de cúmulos de dos estrellas, los planetas deberían tener la edad suficiente para haber sufrido una fotoevaporación, pero aún demasiado jóvenes para haber sufrido una pérdida de masa impulsada por su núcleo. El equipo predijo que si veían un gran número de subneptunos en los cúmulos de estrellas, podrían concluir que no se había producido fotoevaporación, lo que significa que la pérdida de masa debida al núcleo sería la principal explicación de la pérdida atmosférica en los subneptunos.

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

Christiansen et al. descubrió que casi todas las estrellas de Praesepe y Hyades todavía tienen subneptunos u otros exoplanetas con atmósferas que las orbitan. Después de estudiar los tamaños de los exoplanetas alrededor de estrellas, el equipo estima que muchos exoplanetas todavía tienen sus atmósferas.

La existencia de estos exoplanetas alrededor de estas estrellas difiere de la de las estrellas más antiguas observadas por K2, que tienen más de 800 millones de años. De estas estrellas más antiguas, sólo el 25% tenía estrellas subneptuninas en sus órbitas. Curiosamente, las edades más avanzadas de estas estrellas están más cerca del período en el que se cree que se produce la pérdida de masa del núcleo.

Imagen del cúmulo de estrellas Praesepe. (Crédito: Stuart Heggie)

Los resultados de Christiansen et al. Esto significa que la pérdida de masa impulsada por el núcleo es la principal teoría detrás de la pérdida atmosférica en regiones subneptuninas.

Fue necesario que Christiansen et al. Más de cinco años para crear el catálogo de exoplanetas utilizados 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 impulsada por el núcleo. Además, los próximos estudios de planetas subneptunos y la pérdida atmosférica en exoplanetas pondrán los hallazgos de Christiansen et al. a la prueba.

Los resultados de Christiansen et al. fueron publicados en La revista astronómica. el 15 de noviembre.

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