Un nuevo artículo dirigido por un profesor de la Universidad de York, publicado hoy en Nature Astronomy, presenta un marco teórico sencillo para describir la evolución del sistema acoplado interior-atmósfera de exoplanetas rocosos calientes, conocidos como «planetas de lava».
«Los planetas de lava se encuentran en configuraciones orbitales tan extremas que nuestro conocimiento de los planetas rocosos del sistema solar no es directamente aplicable, lo que genera incertidumbre entre los científicos sobre qué esperar al observarlos», afirma el primer autor, Charles-Édouard Boukaré, profesor adjunto del Departamento de Física y Astronomía de la Facultad de Ciencias de la Universidad de York.
«Nuestras simulaciones proponen un marco conceptual para interpretar su evolución y ofrecen escenarios para investigar su dinámica interna y sus cambios químicos a lo largo del tiempo. Estos procesos, aunque muy amplificados en los planetas de lava, son fundamentalmente los mismos que dan forma a los planetas rocosos de nuestro propio sistema solar».
Mundos exóticos podrían revelar procesos que impulsan la evolución planetaria.
Los planetas de lava son mundos del tamaño de la Tierra o de supertierras que orbitan extremadamente cerca de sus estrellas anfitrionas, completando una órbita en menos de un día terrestre. Al igual que la luna de la Tierra, se espera que estén bloqueados por mareas, mostrando siempre la misma cara a su estrella. Sus superficies diurnas alcanzan temperaturas tan extremas que las rocas de silicato se funden, e incluso se vaporizan, creando condiciones únicas en nuestro sistema solar. Estos mundos exóticos, fácilmente observables gracias a su período orbital ultracorto, proporcionan información única sobre los procesos fundamentales que configuran la evolución planetaria.
Explorando el interior de los planetas a través de las propiedades de la atmósfera y la superficie.
El estudio combina la experiencia en mecánica de fluidos geofísicos, atmósferas exoplanetarias y mineralogía para explorar cómo evoluciona la composición de los planetas de lava mediante un proceso similar a la destilación. Cuando las rocas se funden o se vaporizan, elementos como el magnesio, el hierro, el silicio, el oxígeno, el sodio y el potasio se distribuyen de forma diferente entre las fases de vapor, líquido y sólido. La singular configuración orbital de los planetas de lava mantiene el equilibrio vapor-líquido y sólido-líquido durante miles de millones de años, impulsando la evolución química a largo plazo.
El artículo, «El papel de la dinámica interior y la diferenciación en la superficie y la atmósfera de los planetas de lava», fue coescrito por Daphné Lemasquerier (Universidad de St. Andrews), Nicolas B. Cowan (Universidad McGill), Lisa Dang (Universidad de Waterloo), Henri Samuel, James Badro, Aurélien Falco y Sébastien Charnoz (Universidad Paris Cité).
Mediante simulaciones numéricas sin precedentes, el equipo predice dos estados evolutivos de miembros finales:
Interior completamente fundido (probablemente planetas jóvenes): La atmósfera refleja la composición planetaria general, y el transporte de calor dentro del interior fundido mantiene la superficie del lado nocturno caliente y dinámica.
Interior mayoritariamente sólido (probablemente planetas más antiguos): Solo queda un océano de lava poco profundo en el lado diurno, y la atmósfera se ve empobrecida en elementos como sodio, potasio y hierro.
Prueba de hipótesis con el Telescopio Espacial James Webb
Boukaré explica que esta investigación sobre exoplanetas de lava comenzó como un esfuerzo altamente exploratorio con pocas expectativas iniciales. Se basa en un novedoso enfoque de modelado que desarrolló para estudiar planetas rocosos fundidos en colaboración con colegas del Instituto de Física del Globo de París, Universidad Paris Cité, publicado en Nature a principios de este año.
Lo que comenzó como un estudio exploratorio ha abierto una nueva y prometedora línea de investigación. Las predicciones descritas en este trabajo permitieron obtener 100 horas de observación con el Telescopio Espacial James Webb (JWST), el observatorio infrarrojo más avanzado jamás construido, con un espejo segmentado de 6,5 metros e instrumentos ultrasensibles capaces de sondear las galaxias más tempranas y las atmósferas de exoplanetas distantes con una precisión sin precedentes. Estas próximas observaciones del JWST, dirigidas por el coautor, el profesor Dang, pondrán a prueba directamente el marco teórico propuesto en este estudio.
«Esperamos poder observar y distinguir los planetas de lava antiguos de los planetas de lava jóvenes. De ser así, marcaría un paso importante para ir más allá de la visión tradicional de exoplanetas», afirma Boukaré.
Con información de Nature
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