Uno de los misterios sobre los exoplanetas parece estar cerca de resolverse. Un equipo de astrónomos ha identificado dos mini-Neptunos que están perdiendo sus atmósferas activamente, convirtiéndose en súper-Tierras. La investigación fue publicada en The Astronomical Journal en dos estudios separados (1,2).
Los subneptunos
Entre los exoplanetas cercanos a su estrella, predominan los objetos con un radio de 1 a 4 radios terrestres, llamados sub-Neptunos. Los subneptunos pequeños (1-1,7 radios terrestres) pueden tener una composición similar a la Tierra y han llegado a ser designados como súper-Tierras. Por otro lado, los subneptunos más grandes (2-3 radios terrestres) se han convertido en mini-neptunos.
Estos últimos tienen una baja densidad aparente, lo que indica la presencia de capas exteriores ricas en gases volátiles. Ambas poblaciones de sub-Neptunos crean dos picos en la distribución de exoplanetas, separados por una brecha donde solo se conocen unos pocos exoplanetas.
Se supone que los sub-Neptunos inicialmente tenían capas ricas en hidrógeno, que luego fueron arrancadas por la poderosa radiación de sus estrellas. La fotoevaporación puede ser el mecanismo para eliminar la atmósfera, o los planetas jóvenes posiblemente pierdan su atmósfera debido a su propia luminosidad interna.
Sin embargo, es posible que los sub-Neptunos no perdieran su atmósfera, si no que inicialmente no acumularan gas en sus núcleos. También es posible que algunos mini-Neptunos tengan capas exteriores ricas en agua en lugar de hidrógeno, cambiando drásticamente la tasa de pérdida atmosférica.
El trabajo
Dos equipos de científicos dirigidos por Michael Zhang del Instituto de Tecnología de California – Caltech han analizado las observaciones de tres mini-Neptunos. La recolección se realizó utilizando el Observatorio Keck en tierra y los telescopios espaciales Hubble, ROSAT y XMM-Newton.
El objetivo de los astrónomos era doble. Primero, querían observar los tránsitos de exoplanetas a través del disco de su estrella. Segundo, buscaban comparar los datos de observación con modelos para verificarlos.
El primer objetivo de las observaciones fue la estrella cercana (73 años luz) HD 63433, similar al Sol. Esta joven estrella forma parte del grupo en movimiento de la Osa Mayor.
La estrella exhibe una luminosidad de rayos X excepcionalmente alta y tiene dos planetas mini-Neptunos. HD 63433c tiene un radio de 2,67 radios terrestres y un año de 20,5 días. HD 63433b tiene un radio de 2,15 radios terrestres y un año de 7,1 días.
Los objetivos
Los autores han determinado que los planetas son muy diferentes entre sí. HD 63433c actualmente podría retener una atmósfera primaria de hidrógeno y helio, mientras que la de HD 63433b ya no existe.
La tasa de pérdida de masa se estima en 0,11 masas terrestres por mil millones de años (HD 63433c) y 0,35 masas terrestres por mil millones de años (HD 63433b). El hidrógeno cerca del planeta exterior se mueve a una velocidad de 50 k/s, y la envoltura gaseosa que lo rodea es 12 veces el radio del exoplaneta.
En cuanto al planeta interior, si es un núcleo rocoso, debe ser inusualmente masivo. No obstante, un exoplaneta también puede ser rico en agua y tener una atmósfera compuesta por moléculas de gran masa. Las observaciones futuras con la ayuda de Hubble y James Webb ayudarán a establecer esto.
El segundo objetivo fue una estrella enana HD 73583 de tipo espectral K, ubicada a una distancia de 103 años luz. Dos mini-Neptunos giran alrededor de la joven estrella (600 millones de años).
El exoplaneta interior TOI 560.01 (HD 73583b), tiene un radio de 2,8 radios terrestres, un período orbital de 6,4 días, y está perdiendo su atmósfera. El helio cercano se mueve a una velocidad de 20 k/s, y la envoltura gaseosa alrededor del exoplaneta es 3,5 veces su radio.
HD 73583b está perdiendo helio a un ritmo de 0,22 masas terrestres por mil millones de años. Además, los científicos creen que se encuentra en una etapa crítica de su evolución cuando los mini-Neptunos se están convirtiendo en súper-Tierras.