¿A dónde fueron los Neptunos calientes? Un planeta que se encoge tiene la respuesta

La ilustración de este artista muestra una nube gigante de hidrógeno que fluye desde un planeta cálido, del tamaño de Neptuno, a solo 97 años luz de la Tierra. El exoplaneta es pequeño en comparación con su estrella, una enana roja llamada GJ 3470. La intensa radiación de la estrella está calentando el hidrógeno en la atmósfera superior del planeta hasta un punto en el que escapa al espacio. El mundo alienígena está perdiendo hidrógeno a una velocidad 100 veces más rápida que un Neptuno cálido previamente observado cuya atmósfera también se está evaporando. Crédito: NASA, ESA y D. Player (STScI)

Los astrónomos del UNIGE explican la rareza de los Neptunos calientes por su evaporación que los transforma en super-Tierras 

"¿Pero a dónde fueron los calientes Neptunes?" Esta es la pregunta que los astrónomos han estado preguntando durante mucho tiempo, ante la misteriosa ausencia de planetas del tamaño de Neptuno muy cerca de su estrella. Un equipo de investigadores, dirigido por astrónomos de la Universidad de Ginebra (UNIGE), Suiza, acaba de descubrir que uno de estos planetas está perdiendo su atmósfera a un ritmo frenético. Esta observación fortalece la teoría de que los Neptunos calientes han perdido gran parte de su atmósfera y se han convertido en planetas más pequeños llamados súper-Tierras, que son mucho más numerosos. Resultados a leer en la revista Astronomy & Astrophysics. 

Los pescadores se sentirían desconcertados si capturaran solo peces grandes y pequeños, pero pocos peces medianos. Esto es similar a lo que les sucede a los astrónomos que cazan exoplanetas. Encontraron una gran cantidad de planetas calientes del tamaño de Júpiter y muchos otros un poco más grandes que la Tierra (llamados súper-Tierras cuyo diámetro no excede 1,5 veces el de la Tierra), pero no hay planetas cercanos a su estrella del tamaño de Neptuno. Este misterioso "desierto" de Neptunos calientes sugiere dos explicaciones: o bien tales mundos extraños son raros, o fueron abundantes al mismo tiempo, pero desde entonces han desaparecido. 

Hace unos años, los astrónomos de UNIGE que utilizaban el Telescopio Espacial Hubble de la NASA descubrieron que un Neptuno cálido en el borde del desierto, GJ 436b, estaba perdiendo hidrógeno de su atmósfera. Esta pérdida no es suficiente para amenazar la atmósfera de GJ 436b, pero sugiere que los Neptunos, al recibir más energía de su estrella, podría evolucionar de manera más dramática. Esto acaba de ser confirmado por los mismos astrónomos, miembros del centro de investigación nacional PlanetS *. Observaron con Hubble que otro Neptuno cálido en el borde del desierto, llamado GJ 3470b, está perdiendo su hidrógeno 100 veces más rápido que GJ 436b. Los dos planetas residen a unos 3,7 millones de kilómetros de su estrella, una décima parte de la distancia entre Mercurio y el Sol, pero la estrella que alberga GJ 3470b es mucho más joven y enérgica. " 

This graphic plots exoplanets based on their size and distance from their star. Each dot represents an exoplanet. Planets the size of Jupiter (located at the top of the graphic) and planets the size of Earth and so-called super-Earths (at the bottom) are found both close and far from their star. But planets the size of Neptune (in the middle of the plot) are scarce close to their star. This so-called desert of hot Neptunes shows that such alien worlds are rare, or, they were plentiful at one time, but have since disappeared. The detection that GJ 3470b, a warm Neptune at the border of the desert, is fast losing its atmosphere suggests that hotter Neptunes may have eroded down to smaller, rocky super-Earths. Credits: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

"Hasta ahora no estábamos seguros del papel desempeñado por la evaporación de las atmósferas en la formación del desierto", afirma Vincent Bourrier. El descubrimiento de varios Neptunes cálidos en el borde del desierto perdiendo su atmósfera apoya la idea de que la versión más caliente de estos planetas es de corta duración. Hot Neptunes se habría reducido para convertirse en mini-Neptunos, o se habría erosionado completamente para dejar solo su núcleo rocoso. "Esto podría explicar la abundancia de súper-Tierras calientes que se han descubierto", dice David Ehrenreich, profesor asociado en el departamento de astronomía de la facultad de ciencias de UNIGE y coautor del estudio. 

La evolución de la caza de Neptuno

Observar la evaporación de dos Neptunos cálidos es alentador, pero los miembros del equipo saben que necesitan estudiar más para confirmar sus predicciones. Desafortunadamente, el hidrógeno que se escapa de estos planetas no se puede detectar si están a más de 150 años luz de la Tierra (GJ 3470b está a 97 años luz de distancia), porque el hidrógeno está oculto por el gas interestelar. Por lo tanto, los investigadores planean usar el Hubble para buscar otros rastros de escape atmosférico, porque el hidrógeno podría arrastrar elementos más pesados ​​hacia arriba, como el carbono. La solución también podría provenir del helio, cuya radiación infrarroja no está bloqueada por el medio interestelar. "El helio ampliará el alcance de nuestras encuestas", dijo Vincent Bourrier, "la alta sensibilidad del telescopio espacial James Webb debería permitirnos detectar el helio que se escapa de los planetas pequeños, como los mini-Neptunes. 

Referencia de la revista: 

V. Bourrier, A. Lecavelier des Etangs, D. Ehrenreich, J. Sanz-Forcada, R. Allart, GE Ballester, LA Buchhave, O. Cohen, D. Deming, TM Evans, A. García Muñoz, GW Henry, T Kataria, P. Lavvas, N. Lewis, M. López-Morales, M. Marley, DK Sing, HR Wakeford. PanCET de Hubble: una atmósfera superior extendida de hidrógeno neutro alrededor del cálido Neptune GJ 3470b. Astronomía y astrofísica, 2018; 620: A147 DOI: 10.1051/0004-6361/201833675

Fuente: Université de Genève,