El secreto detrás de la formación de exoplanetas súper Tierra y subNeptuno ha sido revelado gracias a un estudio de cuatro planetas jóvenes que se están evaporando.
A unos 350 años luz de distancia, el sistema V1298 Tau presenta una estrella infantil similar al Sol, de sólo 23 millones de años, orbitada por cuatro planetas en órbitas compactas cercanas a su estrella, y todos los cuales se ven en tránsito. Descubiertos en 2019 por los astrónomos Erik Petigura de la Universidad de California en Los Ángeles y Trevor David del Instituto Flatiron de Nueva York, utilizando datos de la misión K2 del telescopio espacial Kepler, los cuatro planetas son enormes, con radios entre cinco y diez veces mayores que los de la Tierra.
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Las SuperTierras son planetas rocosos más grandes y masivos que nuestro propio planeta. Los subneptunos son mundos parcialmente gaseosos más pequeños que Neptuno. Juntos, los dos tipos de planetas son las clases de mundos más comunes descubiertas por los cazadores de exoplanetas hasta ahora. (Los planetas más pequeños que la Tierra pueden ser más comunes, pero son más difíciles de detectar, por lo que no hemos encontrado tantos). Lo curioso es que nuestro sistema solar no contiene ni una súper Tierra ni un subNeptuno, y los astrónomos no saben por qué nuestro sistema solar carece de uno de estos planetas comunes, o cómo se forman esos mundos.
Por eso las observaciones de V1298 Tau son un gran paso adelante. Cuando un planeta transita o pasa frente a su estrella anfitriona, bloquea parte de la luz de la estrella. La cantidad de luz que bloquea nos indica el radio del planeta. La frecuencia con la que vemos el tránsito de ese planeta nos indica entonces su período orbital. Los cuatro planetas tienen períodos orbitales de 8,2, 12,4, 24,1 y 48,7 días terrestres, respectivamente. Se trata de un sistema muy compacto: los cuatro planetas podrían caber fácilmente dentro de la órbita del planeta más interior de nuestro sistema solar, Mercurio.
Debido a que todos los planetas están bastante cerca, su gravedad tira entre sí, a veces empujando a un planeta a lo largo de su órbita un poco más rápido y, a veces, provocando que vaya un poco más lento, dependiendo de las ubicaciones relativas de los respectivos planetas. Esto hace que los planetas a veces lleguen un poco tarde o un poco temprano a su tránsito programado. Estas variaciones en el tiempo de tránsito, o TTV, pueden indicar a los investigadores la masa de los planetas: cuanto mayor es la variación en el tiempo de un tránsito, más masiva es la masa del planeta que atrae al mundo en tránsito.
Conociendo los radios y las masas de los planetas, el equipo de Livingston pudo calcular las densidades de los planetas y descubrió que eran extremadamente ligeros.
“Los radios inusualmente grandes de los planetas jóvenes llevaron a la hipótesis de que tienen densidades muy bajas, pero esto nunca se había medido”, dijo Trevor David en un comunicado. “Al pesar estos planetas por primera vez, hemos proporcionado la primera prueba observacional. De hecho, son excepcionalmente hinchados, lo que nos da un punto de referencia crucial y tan esperado para las teorías de la evolución de los planetas”.
De hecho, los planetas se encuentran entre los menos densos que se conocen. Todos se formaron con una atmósfera extendida, como Neptuno, pero debido a que están tan cerca de su estrella, la luz ultravioleta extrema y los rayos X están calentando sus atmósferas. Esto hace que la atmósfera de cada mundo se expanda y se hinche (tan hinchada, de hecho, que los planetas sólo tienen un ligero control sobre su atmósfera). En consecuencia, la atmósfera de cada mundo es inevitablemente arrastrada al espacio por el viento estelar de radiación. Este proceso se conoce como fotoevaporación. El equipo de Livingston incluso buscó las características espectrales de estas corrientes de aire de los planetas, pero su señal se ve atenuada por los fuertes vientos estelares.
La fotoevaporación continuará durante otros 100 millones de años, cuando los planetas se habrán reducido gradualmente. Las mediciones sugieren que los cuatro mundos tienen un núcleo rocoso de tamaño similar. Los dos mundos interiores parecen estar en camino de perder por completo sus atmósferas y convertirse en supertierras rocosas. Los dos planetas exteriores tienen actualmente el doble de masa, ya que su mayor distancia a su estrella les ofrece un poco de protección, pero también están en camino de perder sus atmósferas por completo o de conservar parte de ellas y evolucionar hacia mini-Neptunos.
La naturaleza compacta de sus órbitas sugiere que así es como se forman los sistemas pequeños, como los mundos de TRAPPIST-1: planetas de tamaño y masa similares, todos en órbitas circulares regularmente espaciadas.
“Lo que es tan emocionante es que estamos viendo una vista previa de lo que se convertirá en un sistema planetario muy normal”, dijo Livingston. “Los cuatro planetas que estudiamos probablemente se contraerán formando súper Tierras y subNeptunos, los tipos más comunes de planetas en nuestra galaxia, pero nunca habíamos tenido una imagen tan clara de ellos en sus años de formación”.
Los hallazgos fueron informados el 7 de enero en la revista Nature.