Los sistemas planetarios como nuestro sistema solar tardan cientos de millones de años en evolucionar. Dado que la humanidad solo ha existido durante una fracción de ese tiempo, los astrónomos solo han observado sistemas planetarios al nacer o, con mayor frecuencia, mucho después de que se hayan establecido en la edad adulta. Existe una brecha de información sobre lo que sucede en ese periodo.
Pero pronto, esta comprensión cambiará. Por primera vez, los astrónomos pueden caracterizar en detalle el sistema planetario adolescente TOI-2076 desde su descubrimiento en 2020. El sistema, detectado en plena transición, ofrece una perspectiva novedosa sobre la etapa evolutiva, antaño misteriosa.
«Un sistema planetario adolescente, casi resonante, cerca del final de la fotoevaporación», publicado en Nature Astronomy, observa y modela posibles marcadores de la adolescencia cósmica utilizando evidencia clave: la separación de un sistema planetario antaño compacto y la evaporación dinámica de las atmósferas de los planetas causada por la intensa radiación estelar.
El profesor adjunto de Florida Tech, Howard Chen, quien utiliza modelos informáticos para ilustrar y estimar la evolución planetaria, fue coautor del artículo junto con un grupo global de investigadores (incluidos astrónomos del Instituto Tecnológico de California, la Universidad de Hawái y la Universidad de Nanjing) para probar la capacidad de sus modelos de replicar el resultado de este sistema a partir de orígenes simulados. Sus cálculos proporcionan una sólida perspectiva sobre la breve transición de la juventud planetaria a la madurez en todo el universo.
«El período de transformación es muy breve en comparación con la vida útil total del sistema», afirmó Chen. «Ese período es clave para determinar su madurez».
Los cuatro planetas del sistema orbitan una joven estrella enana K, de «tan solo» 210 millones de años, una estrella adolescente según los estándares cósmicos. Utilizando telescopios terrestres y datos del Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA, los científicos descubrieron que los planetas están espaciados con una secuencia orbital casi constante, lo que indica que alguna vez estuvieron muy agrupados, pero que se están separando lentamente. También descubrieron que todos los planetas comparten núcleos rocosos similares con diversas atmósferas: el planeta más interno perdió completamente sus gases originales, mientras que los tres más externos conservaron sus atmósferas.
Chen predijo que la pérdida gradual de las atmósferas de nacimiento se debía a un proceso llamado fotoevaporación. Este proceso ocurre cuando la potente radiación de una fuente de energía, como una estrella, calienta la atmósfera de un planeta hasta que el gas escapa al espacio. Los planetas más cercanos a la estrella, y por lo tanto, que reciben mayores cantidades de radiación, perderían más gas y conservarían más roca que sus homólogos más lejanos.
Decidió utilizar sus modelos de evolución existentes para simular cómo la fotoevaporación moldearía la evolución de planetas similares desde su origen hasta su adolescencia, todos nacidos con la misma composición inicial de roca y gas. ¿Su simulación arrojaría el mismo resultado que se observó en la vida real?
Sí. En su simulación, Chen descubrió que los planetas evolucionaron naturalmente a un estado similar al observado en el sistema real. Por lo tanto, pudo asumir que la fotoevaporación estaba en juego. La radiación de la estrella del sistema es lo que despojó a algunos planetas de rocas desnudas, mientras que otros conservaron una atmósfera gaseosa. Los modelos también indicaron que la masa planetaria, que cambia con la pérdida de gas, contribuyó al distanciamiento gradual de los planetas en una secuencia orbital.
Como alguien que trabaja principalmente con modelos teóricos, Chen está encantado de que sus simulaciones coincidieran con la realidad observada.
«Para mí, el objetivo principal de la modelización es poder conectar con las observaciones. Se busca que los modelos reflejen algo sobre el mundo real, pero no siempre es así», afirmó. «Ver cómo el modelo funciona en el mundo real y explica lo que sucede es muy impactante».
La simulación también proporcionó un cronograma aproximado de cuánto tarda un sistema en alcanzar la adolescencia, lo que sugiere que la mayor parte de la pérdida de atmósfera ocurre durante los primeros 100 millones de años de vida de un sistema. Después de ese punto, la formación del sistema se estabiliza y permanece inalterada durante miles de millones de años.
El modelo de Chen, ahora actualizado con estos nuevos hallazgos, ayudará a los astrónomos a desentrañar la historia de los sistemas planetarios más antiguos. También puede guiar las predicciones sobre cómo evolucionarán los planetas jóvenes que han descubierto.
Capturar a TOI-2076 en plena evolución fue una hazaña excepcional que arroja resultados sumamente valiosos. Comprender cuándo un sistema planetario alcanza su adolescencia transformadora —y cómo se manifiesta— proporciona una instantánea crucial de cómo los sistemas incipientes evolucionan y se establecen en las configuraciones estables observadas alrededor de estrellas más antiguas. El nuevo enlace ayudará a ilustrar con mayor claridad cómo crecen los sistemas planetarios, incluyendo aquellos como el nuestro.
Con información de Nature
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