los planetas que se encogen podrian explicar el misterio de los mundos perdidos del universolos planetas que se encogen podrian explicar el misterio de los mundos perdidos del universo

Al investigar los datos del telescopio espacial Kepler, los expertos del Instituto Flatiron encontraron que la contracción planetaria durante miles de millones de años quizá aclara un enigma de bastantes años: la escasez de mundos mas o menos duplica la dimensión de la Tierra.

Hubo un vasto avance en el suceso de los mundos perdidos.

Si bien las misiones de búsqueda de mundos han desvelado miles de planetas 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 vocablo medio entre las súper-Tierras rocosas y los mundos más grandes envueltos de gas llamados mini-Neptunes. Desde que desvelaron esta ‘brecha de radio’ en 2017, los investigadores han estado investigando por qué hay tan escasos cuerpos celestes de tamaño mediano.

La nueva pista apareció de una nueva manera de ver los datos. Un grupo de expertos guiado por Trevor David del Instituto Flatiron investigó si la brecha del radio cambia a medida que los mundos envejecen. Dividieron exoplanetas en dos grupos, jóvenes y viejos, y reevaluaron la brecha. Desvelaron que los radios de mundos menos habituales del grupo más adolescente eran más pequeños en promedio que los menos habituales del grupo más antiguo. Si bien la dimensión más escaso para los mundos más jóvenes era mas o menos 1,6 veces el radio de la Tierra, es mas o menos 1,8 veces el radio de la Tierra en edades más avanzadas.

La participación, sugieren los expertos, es que varios mini-Neptunes se encogen drásticamente durante miles de millones de años a medida que sus atmósferas se filtran, dejando solo un núcleo sólido. Al perder su gas, los mini-Neptunes “saltan” la brecha del radio del mundo y se convierten en súper-Tierras. Al tiempo que pasa el tiempo, la brecha del radio cambia a medida que los mini-Neptuno cada vez más grandes dan el salto, convirtiéndose en super-Tierras cada vez más grandes. La brecha, en diferentes palabras, es el abismo entre las súper-Tierras de mayor tamaño y las mini-Neptunas de menor tamaño que incluso pueden retener sus atmósferas. Los expertos informaron sus descubrimientos el 14 de mayo de 2021 en The Astronomical Journal .

Una infografía que explica la brecha del radio del exoplaneta. Crédito: Fundación Simons

“Llegar al punto principal es que los mundos no son las esferas estáticas de rocas y gas que a veces tendemos a pensar en ellos”, dice David, experto del Centro de Astrofísica Computacional (CCA) del Instituto Flatiron en la metrópoli de Nueva York. En varios modelos de pérdida de atmósfera propuestos con anterioridad, “varios de estos mundos eran 10 veces más grandes al inicio de sus vidas”.

Los descubrimientos dan crédito a dos sospechosos propuestos anteriormente en el suceso: el calor sobrante de la formación planetaria y la intensa radiación de los astros anfitrionas. Ambos fenómenos añaden energía a la atmósfera de un mundo, lo que hace que el gas se escape al cosmos. “Quizá ambos efectos son relevantes”, dice David, “pero necesitaremos modelos más sofisticados para conocer cuánto contribuye cada uno de ellos y cuándo” en el ciclo de vida del mundo.

Los coautores del artículo incorporan a la becaria de investigación de CCA Gabriella Contardo, la científica experta asociada de CCA Ruth Angus, la científica experta asociada de CCA Megan Bedell, el investigador experto relacionado de CCA Daniel Foreman-Mackey y el experto invitado de CCA Samuel Grunblatt.

El reciente ensayo usó datos recopilados por la vehículo 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 estudiar la velocidad con la que el mundo orbita su estrella, la dimensión de la estrella y el grado de atenuación, los astrónomos pueden valorar la dimensión del exoplaneta. Estos examen al final llevaron al hallazgo de la brecha de radio.

Una simulación por computadora de cómo cambia la distribución de los tamaños de los mundos a medida que envejecen los equipos planetarios. La brecha de radio es indiscutible en torno del doble del radio de la Tierra, si bien depende de los períodos orbitales de los mundos. La prueba propone que la brecha cambia con el tiempo a medida que los mini mundos Neptuno envueltos en gas pierden sus atmósferas, dejando atrás una súper Tierra sólida. Se resalta un mundo que está experimentando este proceso (representado como un núcleo con atmósfera), con su cambio de tamaño representado a la derecha. Crédito: Animación de Erik Petigura (UCLA); Simulación de James Owen ( Imperial College London )

los investigadores han sugerido anteriormente varios dispositivos potenciales para la creación de la brecha, y cada proceso tiene sitio en una escala de tiempo distinto. Varios pensaban que la brecha se produce durante la formación planetaria cuando varios mundos se forman sin bastante gas próximo para inflar su tamaño. En este escenario, el radio del mundo y, por lo tanto, la brecha del radio, se imprimirían al nacer. Otra teoría fue que los choques con rocas espaciales podrían destruir la atmósfera espesa de un mundo, evitando que los mundos más pequeños acumulen un gran numero de gas. Este mecanismo de impacto tomaría mas o menos de 10 a 100 millones de años.

Diferentes posibles dispositivos requieren más tiempo. Una propuesta es que los potentes rayos X y la radiación ultravioleta de la estrella anfitriona de un mundo eliminan el gas con el tiempo. Este proceso, denominado fotoevaporación, tomaría menos de 100 millones de años para la mayor parte de los mundos, pero podría tomar miles de millones de años para varios. Otra sugerencia es que el calor remanente de la creación de un mundo agrega lentamente energía a la atmósfera del mundo, lo que hace que el gas se escape al cosmos durante miles de millones de años.

David y sus colegas empezaron su investigación examinando más de en las proximidades la brecha en sí. Medir los tamaños de estrellas y exoplanetas puede ser complicado, así pues limpiaron los datos para incluir solo mundos cuyos diámetros se conocían con seguridad. Este procesamiento de datos divulgó una brecha más vacía de lo que se pensaba.

Después, los expertos clasificaron los mundos en función de si eran más jóvenes o mayores de 2 mil millones de años. (La Tierra, si se compara, tiene 4.500 millones de años). Dado que una estrella y sus mundos se forman simultáneamente, determinaron la edad de cada mundo en función de la edad de su estrella.

Los resultados insinúan que los mini-Neptunes más pequeños no pueden retener su gas. En el transcurso de miles de millones de años, el gas se elimina, dejando una super-Tierra en su mayoría sólida. Ese proceso lleva más tiempo para las mini-Neptunas más grandes, que se convierten en las supertierras más grandes, pero no afectará a los mundos gaseosos más descomunales, cuya gravedad es lo bastante fuerte como para preservar sus atmósferas.

El hecho de que la brecha del radio evolucione en el transcurso de miles de millones de años propone que el culpable no son los choques planetarias o una peculiaridad inherente de la formación planetaria. El calor remanente del interior de los mundos que elimina gradualmente la atmósfera es una buena combinación, dice David, pero la intensa radiación de los astros mamá además podría contribuir, sobre todo al comienzo. El siguiente paso es que los investigadores modelen mejor cómo evolucionan los mundos para revelar qué explicación juega un papel más notable. Eso podría significar considerar complejidades adicionales como las interacciones entre atmósferas incipientes y campos magnéticos planetarios o océanos de magma.

Por Alejandro