A medida que los científicos cazadores de planetas encuentran más y más planetas, se han topado con algunos enigmas. Uno de ellos se refiere a la falta de mundos del tamaño de Neptuno que orbiten cerca de sus estrellas. Los astrónomos piensan que estos planetas no son lo suficientemente masivos como para retener sus atmósferas frente a la poderosa radiación de sus estrellas, que las destruye.
Pero al menos uno de estos planetas ha conservado su atmósfera. ¿Cómo?
Los astrónomos tienen un nombre para esta falta de planetas del tamaño de Neptuno cerca de las estrellas. Lo llaman el desierto neptuniano o, a veces, el “desierto de la evaporación”.
El término tiene sólo una definición amplia y generalmente se describe como la región tan cercana a una estrella que el período orbital es de sólo dos a cuatro días. También se define por la falta de planetas del tamaño de Neptuno con aproximadamente una décima parte de la masa de Júpiter. Por lo general, los planetas pierden sus atmósferas cuando migran tan cerca de las estrellas y quedan reducidos a núcleos rocosos, meros restos de lo que alguna vez fueron hinchados.
Un planeta que ha conservado su atmósfera en el desierto neptuniano es LTT 9779 b. Orbita una estrella de tipo G a unos 260 años luz de distancia. Tiene 29 masas terrestres y ha conservado su atmósfera a pesar de estar a sólo 0,01679 AU de su estrella y tardar sólo 0,8 días en completar una órbita. En esta situación, la abrumadora radiación de la estrella simplemente debería haber eliminado la atmósfera del planeta. ¿Por qué no es así?
Una nueva investigación se propuso responder a esa pregunta. Su título es “Supervivencia en el desierto de Neptuno: LTT 9779 b mantuvo su atmósfera gracias a una estrella anfitriona inusualmente débil en rayos X”. Se publicará en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society y actualmente está publicado en el servidor de preimpresión arXiv. El autor principal es Jorge Fernández Fernández, Ph.D. Estudiante del grupo de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Warwick.
La fotoevaporación es un fenómeno bien comprendido y está relacionado con la rotación estelar. Todas las estrellas giran y, cuando lo hacen rápidamente, generan poderosos campos magnéticos que a su vez impulsan una poderosa energía electromagnética en forma de rayos X y radiación ultravioleta. Cuando estos fotones energéticos chocan contra las moléculas en la atmósfera de un planeta, las empujan al espacio. Sólo la gravedad de un planeta puede contrarrestarla, lo que explica por qué hay tantos Júpiter calientes masivos y casi ningún planeta en el desierto neptuniano.
LTT 9779 b es el único planeta conocido del tipo Neptuno con un período orbital inferior a un día y que tiene una atmósfera significativa de hidrógeno/helio. Para que el planeta se mantenga en su atmósfera tan cerca de su estrella, debe estar sucediendo algo inusual. “Si el desierto de Neptuno es el resultado de la fotoevaporación impulsada por rayos X/EUV, es sorprendente que la atmósfera de LTT 9779 b haya sobrevivido al intenso bombardeo de fotones de alta energía de su joven estrella anfitriona”, escriben los autores.
La respuesta debe estar en la propia estrella, ya que no hay nada que un planeta de este tamaño pueda hacer para protegerse. Está directamente en el camino de la poderosa salida de su estrella sin nada que lo proteja. Para examinar la estrella más de cerca, los investigadores detrás de este estudio utilizaron XMM-Newton, el observatorio de rayos X de la ESA lanzado en 1999.
La nave espacial también se llama Misión de espectroscopía de rayos X de alto rendimiento Misión de espejos múltiples de rayos X. Su misión es investigar fuentes de rayos X interestelares y, aunque se lanzó con una misión planificada de 10 años, sigue en marcha después de casi 24 años. Los datos de XMM-Newton están en el centro de esta investigación.
Las emisiones de rayos X de una estrella se ven reforzadas por su giro. Una alta velocidad de giro genera campos magnéticos más fuertes, lo que significa emisiones de rayos X más fuertes, y un giro más lento significa emisiones más débiles. La velocidad de rotación del LT 9779 es de aproximadamente 1,06 km/s y tarda unos 45 días en completar una revolución, aunque los datos que lo respaldan son un poco débiles. Compare eso con la velocidad de rotación más rápida del sol de 1,997 km/s. Eso es casi el doble de rápido y el Sol es más lento en comparación con la mayoría de las estrellas. Las estrellas calientes a menudo pueden girar a más de 100 km/s. Desde esta perspectiva, LT 9779 gira a paso de tortuga.
La edad es otro factor en las emisiones de rayos X de una estrella y los investigadores compararon sus emisiones con su edad. “Observamos LTT 9779 con XMM-Newton y medimos un límite superior para su luminosidad de rayos X que es quince veces menor de lo esperado para su edad”, afirma el artículo.
Los investigadores también modelaron la estructura interna del planeta y cómo eso afectó su historia de pérdida de masa. Modelaron el radio del planeta, la fracción de masa de la envoltura y la tasa de pérdida de masa bajo dos historias XUV diferentes. Uno tenía un historial de emisiones estelares esperado y el otro tenía un historial de emisiones estelares tenues.
Descubrieron que “… la supervivencia de su atmósfera hasta el día de hoy es consistente con una historia de irradiación XUV inusualmente débil que coincide tanto con las mediciones de rayos X como de velocidad de rotación”.
Entonces, ¿qué pasó en este sistema para que uno de sus planetas haya sobrevivido en el desierto?
Investigaciones anteriores sugirieron que este escenario inusual se debe a una migración tardía hacia el interior del planeta, seguida de lo que se llama desbordamiento del lóbulo de Roche. El desbordamiento del lóbulo de Roche ocurre típicamente en sistemas estelares binarios, donde una estrella no puede retener toda su masa y el material extra forma un disco de acreción alrededor de la segunda estrella. Pero en este caso hay una sola estrella que extrae material de un planeta y, según esta investigación anterior, el planeta comenzó como un planeta con la masa de Júpiter que perdió gran parte de su material en la estrella, dejando atrás el LTT 9779 b del tamaño de Neptuno. .
Pero esa explicación no se sostiene, según este trabajo. Estos investigadores llegaron a una conclusión diferente que no implica migración.
“Concluimos que LTT 9779 probablemente se formó como una estrella que giraba anormalmente lentamente, y que su planeta cercano al tamaño de Neptuno, LTT 9779 b, pudo sobrevivir en el desierto de Neptuno hasta el día de hoy debido a una radiación de rayos X inusualmente baja. irradiación”, escriben en su conclusión.
Más evidencia de apoyo proviene de la propia atmósfera del planeta. Tiene una metalicidad extremadamente alta y las moléculas más pesadas son más difíciles de eliminar que las más ligeras. También tiene un albedo alto que refleja parte de la radiación de la estrella. Esto sólo pudo haber ayudado al LTT 9770 b a conservar su atmósfera.
Esta investigación apoya la idea de que la fotoevaporación está detrás del desierto de Neptuno. Sería una coincidencia increíble si el único planeta en el desierto de Neptuno que conserva su atmósfera estuviera alrededor de una estrella de rotación muy lenta con emisiones débiles, y las emisiones débiles no tuvieran nada que ver con eso. Eso pondría a prueba la credulidad.
“Finalmente, nuestra conclusión de que el único planeta conocido en las profundidades del desierto neptuniano con una envoltura gaseosa también es inusual por tener una estrella débil en rayos X, apoya firmemente la sugerencia de que el origen principal del desierto neptuniano es la fotoevaporación impulsada por rayos X. “
Con información de arXiv
