El Hubble ve cómo se evapora un planeta con ataque de hipo

Un planeta del tamaño de Neptuno eructa hidrógeno de forma extraña y esporádicamente mientras gira alrededor de su sol.

Por Dartmouth College

A billones de kilómetros de la Tierra, el desprendimiento violento y errático de la atmósfera de un joven planeta podría proporcionar una visión poco frecuente de la tumultuosa vida temprana que acosa a la mayoría de los planetas de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

Un nuevo estudio dirigido por el doctorando Keighley Rockcliffe, Guarini y la profesora adjunta de Física y Astronomía Elisabeth Newton descubrió que un planeta gaseoso del tamaño de Neptuno conocido como AU Mic b exhibía un comportamiento extraño: no mostraba desprendimiento atmosférico durante una órbita alrededor de su sol y luego, en su siguiente vuelta, arrojaba su atmósfera rica en hidrógeno al cosmos.

Todos los planetas con atmósfera pierden algo de gas cuando orbitan alrededor de sus estrellas anfritionas –un proceso conocido como escape atmosférico–, ya sea sutilmente como la Tierra o en penachos espectaculares como AU Mic b. Pero los científicos nunca antes habían visto que el escape atmosférico se detuviera y comenzara entre órbitas, aseguran los investigadores en The Astronomical Journal.

Una ilustración del planeta AU Mic b desprendiendo su atmósfera mientras orbita alrededor de su sol. Cortesía: NASA, ESA, Joseph Olmsted, STScI

"Es la primera vez que vemos que el escape atmosférico de un planeta pasa de ser inobservable a muy, muy observable", afirma Rockcliffe, principal autor del estudio. Y añade: "Además, la nube de hidrógeno no era una cola detrás del planeta como vemos normalmente, sino como una bocanada delante de él mientras orbitaba [alrededor de su sol]. No solemos pensar que los planetas eructan hidrógeno mientras giran alrededor de una estrella".

"Estamos ante un mecanismo evolutivo esencial por el que pasan los planetas más comunes de nuestra galaxia", comenta Rockcliffe. "Creemos que nuestro trabajo –continúa– capta las primeras etapas de este proceso extremadamente normal, y queremos utilizar nuestras observaciones de este sistema para comprender las experiencias más comunes de los planetas más allá de nuestro sistema solar".

AU Mic b completa una órbita completa en menos de nueve días terrestres.

El planeta, que tiene más de cuatro veces el diámetro de la Tierra, orbita alrededor de una estrella llamada AU Microscopii, que se encuentra a 32 años luz de la Tierra. En términos estelares, AU Microscopii tiene unos jovencísismos 23 millones de años; nuestro Sol tiene aproximadamente 4.600 millones de años. El planeta AU Mic b se encuentra a solo 9,6 millones de kilómetros de su astro, es decir, a una décima parte de la distancia que separa a Mercurio del Sol.

A pesar de su tamaño, AU Mic b completa una órbita completa en menos de nueve días terrestres. Su descubrimiento por los telescopios espaciales Spitzer y TESS de la NASA se publicó en la revista Nature en 2020. El último estudio se basa en datos del telescopio espacial Hubble.

La corta edad y el comportamiento atmosférico de AU Mic b y su sol sugieren que los astrónomos han captado las primeras etapas de la evolución planetaria, afirma Newton, coautor del artículo. La mayoría de los estudios sobre planetas fuera -e incluso dentro- del Sistema Solar se refieren a mundos muy antiguos.

Este planeta es como observar a un niño pequeño lleno de energía.

Los planetas más antiguos ya han experimentado una amplia gama de procesos evolutivos que dificultan la extrapolación a la evolución planetaria en general, sostiene Newton. Es como intentar estudiar la psicología del desarrollo observando solo a los adultos.

"Este planeta es como observar a un niño pequeño lleno de energía", dice Newton. “Los sistemas como AU Mic nos permiten comprender mejor el proceso de evolución planetaria" Keighley está haciendo observaciones muy desafiantes, y hay oportunidades limitadas para siquiera intentarlo".

El sol del planeta es un tipo común de estrella pequeña de baja intensidad conocida como enana roja. El 70% de todas las estrellas son enanas rojas, dice Newton, incluida Próxima Centauri, la estrella más cercana al Sol.

El propio AU Mic b es un tipo de planeta conocido como Neptuno caliente, un mundo de tamaño similar a Neptuno que orbita cerca de su estrella madre. Se cree que la evolución de los Neptunos calientes puede aplicarse a otros planetas gaseosos de la galaxia. Los científicos piensan que los planetas queman rápidamente su gran capa gaseosa y evolucionan hacia mundos más pequeños, explicó Rockcliffe. Únicamente se ha observado otro Neptuno caliente joven en proceso de escape atmosférico.

El planeta extrasolar Gliese 581 b, descubierto por la misión Kepler y representado en esta ilustración, podría pertenecer al al grupo de los Neptunos calientes. La masa de un neptuno caliente se asemejaría al núcleo y envoltura de Urano y Neptuno.

"Intento observar esa pérdida de masa mientras se produce para obtener una instantánea de cómo se desarrollan los planetas antes de llegar a ese punto final más pequeño y potencialmente más rocoso", explica el experto.

Los planetas jóvenes, como AU Mic b, también ofrecen a los científicos la oportunidad de examinar los tempestuosos primeros años de sus jóvenes estrellas. Según Rockcliffe, estas observaciones pueden utilizarse para afinar los modelos informáticos sobre cómo evolucionan los planetas e interactúan con su entorno estelar.

Las estrellas muy jóvenes lanzan muchas llamaradas y radiación de muy alta energía.

"Hay una enorme diferencia entre una estrella de 23 millones de años y otra de 5.000 millones. Las estrellas muy jóvenes van a lanzar muchas llamaradas y radiación de muy alta energía. Como estamos observando planetas jóvenes, podemos ver esta interacción extrema pero típica y utilizar nuestras observaciones para ver si estamos entendiendo la física correctamente", dice Rockcliffe.

"Cada vez estoy más convencida de que AU Mic b es un buen ejemplo de planeta que experimenta todos estos procesos violentos pero típicos a la vez", afirma Rockcliffe. Y añade: "Puede golpear las esquinas de muchos modelos diferentes y garantizar que estamos haciendo los modelos más precisos posibles cuando hablamos de la evolución de los planetas".

Con cada nuevo planeta descubierto, surge la pregunta: ¿Podría ser otra Tierra? Algunos planetas rocosos experimentan una etapa temprana similar a la que atraviesa ahora AU Mic b, según Newton. Pero incluso si no lo hacen, los sistemas enanos rojos son actualmente los mejores lugares para encontrar planetas habitables similares a la Tierra.

"Estrellas como AU Mic son potenciales cotos de caza para una Tierra 2.0", dice Newton. Y continúa: "Al comprender este sistema, podemos responder a preguntas sobre lo que tendría que afrontar un planeta similar a la Tierra en órbita alrededor de una estrella enana roja al principio de su evolución".

"Los sistemas que estamos observando son extremadamente diferentes de nuestro sistema solar. Realmente no podemos extrapolar nuestra propia experiencia de pérdida de masa atmosférica", señala Rockcliffe. Pero "saber cómo evolucionan las atmósferas y qué planetas tendrán atmósferas estables es importante para encontrar vida en otros planetas". Las atmósferas son esenciales para entender cómo puede formarse y persistir la vida".

• Información facilitada por el Dartmouth College

• Referencia: Keighley E. Rockcliffe et al. The Variable Detection of Atmospheric Escape around the Young, Hot Neptune AU Mic b. Astronomical Journal (2023). DOI: 10.3847/1538-3881/ace536