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31 de Diciembre de 2019
Exoplanetas

Pequeños exoplanetas que se evaporan

El descubrimiento de varios mundos muy próximos a sus estrellas podría servir para entender mejor cómo se forman y evolucionan los planetas.

Representación artística de un exoplaneta cuya atmósfera se evapora debido a la radiación de su estrella. (En concreto se trata del Gliese 436b, un mundo del tamaño de Neptuno descubierto en 2004, situado a tan solo unos 30 años luz de la Tierra y que orbita a una distancia de su estrella 33 veces menor que la que separa a nuestro planeta del Sol.) [NASA, ESA, STScI y G. Bacon] 

Se han descubierto seis nuevos exoplanetas volando tan cerca de sus estrellas anfitrionas que literalmente se están evaporando, generando un anillo de escombros. El hallazgo, anunciado en tres artículos distintos de Nature Astronomy, se realizó empleando una nueva técnica que buscaba dicho anillo.

El nuevo método, por lo tanto, se ha demostrado eficiente para encontrar pequeños planetas que orbitan extremadamente cerca de su estrella, los cuales han logrado pasar inadvertidos durante mucho tiempo. Además, los estudios posteriores deberían permitir a los astrónomos explorar la geología de estos mundos que se evaporan y comprender mejor cómo se forman y evolucionan. Y tal vez incluso puedan arrojar luz sobre algunas peculiaridades de nuestro propio sistema solar.

En 2009 Carole Haswell, astrónoma de la Universidad Abierta del Reino Unido, observaba el exoplaneta Wasp-12b (un mundo parecido a Júpiter que orbita tan cerca de su estrella que uno de sus años dura tan solo 26 horas) cuando notó algo extraño en su estrella anfitriona. Las calientes capas exteriores de su atmósfera —lo que se conoce como cromosfera— parecían haber desaparecido. Y tenía el presentimiento de que ese planeta cercano a la estrella podía ser el responsable.

Por entonces, los astrónomos sabían que ese mundo estaba tan caliente que las regiones exteriores de su atmósfera literalmente se evaporaban y escapaban al espacio. «Están demasiado cerca del fuego», explica David Grinspoon, científico del Instituto de Ciencias Planetarias de EE.UU. que no participó en el estudio. «Es como si estuvieras asando una nube en una hoguera y la pusieras demasiado cerca del fuego y ¡zas!» La hipótesis de Haswell era que la cola de gas del planeta absorbía las longitudes de onda correspondientes a la luz emitida por la cromosfera de la estrella, haciendo que esta pareciera oscura.

La idea era muy atractiva. Sugería que los astrónomos podrían buscar estrellas con el mismo rasgo distintivo —una cromosfera «ausente»— para localizar exoplanetas próximos a ellas. Más aún, si los astrónomos usaran esta nueva técnica para escudriñar estrellas cercanas y bien estudiadas, probablemente solo encontrarían mundos pequeños, dado que los grandes ya se han descubierto mediante otros métodos. Eso tendría una especial relevancia porque, hasta la fecha, los exoplanetas pequeños han demostrado ser muy difíciles de detectar.

Así que Haswell se puso manos a la obra. Junto a sus colaboradores revisó los datos de 2700 estrellas cercanas parecidas al Sol y halló que 39 parecían no tener cromosfera. A continuación, el equipo las observó más de cerca con un instrumento de búsqueda de planetas instalado en el telescopio de 3,6 metros del Observatorio de La Silla, en Chile, perteneciente al Observatorio Europeo Austral.

«Lo que hallamos no me lo habría podido imaginar ni en mis mejores sueños», admite Haswell. Su equipo descubrió planetas alrededor de las tres primeras estrellas que pudieron observar en detalle. Y se trata de sistemas bastante sorprendentes. La estrella DMPP-1 alberga varios mundos, con tres planetas interiores de entre 3,5 y 10 veces la masa de la Tierra y un planeta exterior más pesado que Neptuno. DMPP-2 posee un planeta la mitad de masivo que Júpiter que completa una órbita cada cinco días y que había pasado inadvertido debido a las pulsaciones estelares de DMPP-2. Y alrededor de la estrella DMPP-3 giran un pequeño planeta con aproximadamente el doble de masa que la Tierra y una segunda estrella a una distancia mayor.

Todos los planetas recién descubiertos se encuentran notablemente más cerca de sus estrellas que Mercurio del Sol y muchos de ellos son bastante pequeños: de un tamaño similar a los mundos rocosos como la Tierra. «Creemos que hemos identificado una población oculta de planetas», afirma el coautor John Barnes, también de la Universidad Abierta.

Grinspoon calificó el estudio de «ingenioso». Durante mucho tiempo pensó que no averiguaríamos mucho sobre los exoplanetas. «Pero los investigadores no dejan de concebir técnicas increíblemente inteligentes», añade. «Leo acerca de ellas y pienso: "Caray, descubrieron el modo de hacer esto". Y para mí, este estudio representa otro paso en esa dirección».

Los resultados no solo muestran una nueva técnica que permitirá a los astrónomos descubrir esos planetas de manera eficiente, sino que también apuntan a un abanico de estudios posteriores que podrían servir para entender estos mundos con gran detalle. Para confirmar la existencia de los planetas, el equipo empleó el «método de la velocidad radial», que busca un ligero vaivén en el movimiento de una estrella causado por los tirones gravitatorios de los mundos que la acompañan.

Sin embargo, el equipo sospecha que muchos de estos planetas también podrán detectarse mediante la técnica del «tránsito», que trata de identificar las pequeñas disminuciones de luz estelar que se producen cuando un planeta pasa por delante de su estrella anfitriona, desde el punto de vista de la Tierra.

Las mediciones de la velocidad radial permiten a los astrónomos estimar la masa de los planetas, mientras que los tránsitos delatan su tamaño. Conjuntamente, las dos técnicas pueden revelar la densidad de cada mundo, una magnitud crucial para comprender mejor su composición. Además, los astrónomos pueden hacerse una idea de la geología de los planetas que se evaporan investigando los discos de escombros que envuelven a sus estrellas anfitrionas (específicamente, estudiando la presencia de diversos elementos químicos, ya que cada uno de ellos absorbe determinadas longitudes de onda de la luz de la estrella).

A Grinspoon le entusiasma la idea de usar esta técnica para entender mejor cómo evolucionan los planetas, sobre todo en sus primeras etapas, cuando las jóvenes estrellas anfitrionas pueden bombardearlos con violentos estallidos de intensa radiación. «Este hallazgo podría abrir una ventana a esa fase concreta», señala. Tomemos Venus como ejemplo. Algunos modelos sugieren que el planeta podría haber tenido océanos durante miles de millones de años, lo que implicaría que el mundo tórrido y tóxico que observamos actualmente fue en su día sumamente parecido a la Tierra y habitable.

Pero la veracidad de tales ideas depende de la actividad del joven Sol. Se cree que en sus primeros momentos Venus era un «mundo de magma». A medida que se enfrió, se habría convertido en un «mundo de vapor» que cedió rápidamente su agua (en forma gaseosa) al espacio, de modo muy similar a los pequeños planetas que ha descubierto el equipo de Haswell. Otra posibilidad es que Venus experimentase una fase intermedia, en la que su vapor se condensó y cayó en forma de lluvia sobre la superficie, formando un océano.

Probablemente, el factor que decidió entre esos dos destinos planetarios tan distintos es cuándo y cómo se produjo el bombardeo del Sol sobre el joven Venus. Y así, al entender mejor este proceso en otros sistemas, podríamos averiguar más cosas sobre lo que ocurrió en los primeros tiempos de nuestro propio sistema solar.

No obstante, antes de planear más estudios, Haswell y sus colaboradores seguirán examinando los otros sistemas que podrían albergar planetas cercanos a su estrella. De momento solo han observado tres completamente, así que quedan 36 en su lista. Por suerte, les acaban de conceder tiempo de observación en el telescopio durante 10 noches a principios de 2020. Como subraya Barnes, «es un buen regalo de Navidad».

Shannon Hall

Referencias: «Dispersed Matter Planet Project discoveries of ablating planets orbiting nearby bright stars», Carole A. Haswell et al. en Nature Astronomy, 23 de diciembre de 2019. «A compact multi-planet system around a bright nearby star from the Dispersed Matter Planet Project», D. Staab et al. en Nature Astronomy, 23 de diciembre de 2019. «An ablating 2.6 M⊕ planet in an eccentric binary from the Dispersed Matter Planet Project», John R. Barnes et al. en Nature Astronomy, 23 de diciembre de 2019.

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