A medida que los planetas oceánicos helados y ricos en agua migran hacia su estrella, el hielo se funde y eventualmente forma una espesa atmósfera de vapor de agua, que aumenta su radio.
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A medida que estos planetas se acercan a su estrella central, el hielo de agua que se evapora forma una atmósfera que los hace aparecer más grandes de lo que son en estado helado, bien más allá de un doble radio terrestre. Simultáneamente, pequeños planetas rocosos, más grandes que la Tierra, pierden gradualmente parte de su envoltura gaseosa original, lo que resulta en una disminución significativa de su radio. Estos resultados abren nuevas perspectivas para el estudio de las exoplanetas. Son para descubrir en Nature Astronomy.
En 2017, el telescopio espacial Kepler reveló la ausencia de planetas con un tamaño de aproximadamente dos radios terrestres. Este "vacío" en la distribución de los radios de los planetas se llama "brecha subneptuniana". "Su existencia es una de las restricciones observacionales más importantes para comprender el origen y la composición de las exoplanetas cuyo radio está entre el de la Tierra y el de Neptuno", explica Julia Venturini, becaria Ambizione del FNS, investigadora en el Departamento de Astronomía de la UNIGE, miembro del PRN PlanetS y coautora del estudio. "Como otros grupos de investigación, habíamos predicho sobre la base de nuestros cálculos, antes incluso de las observaciones de 2017, que tal brecha debía existir", agrega Christoph Mordasini, profesor en la división de investigación espacial y ciencias planetarias (WP) de la UNIBE, miembro del PRN PlanetS y coautor del estudio.
¿De dónde viene la brecha subneptuniana?
Dos tipos de exoplanetas ocupan el intervalo de radio entre uno y cuatro radios terrestres. Por un lado, planetas rocosos - las "super-Tierras" - más grandes que la Tierra. Por otro lado, planetas gaseosos llamados planetas subneptunianos (o mini-Neptunos) algunos de los cuales, los planetas oceánicos, podrían albergar tanta agua que su superficie estaría cubierta por un océano helado de varios decenas de kilómetros de profundidad. Entre estos dos tipos de planetas, los astrónomos descubren muy pocos con un radio de dos veces el de la Tierra.
Para explicar la aparición de esta "brecha", el mecanismo más a menudo sugerido es que las planetas pierden parte de su atmósfera original debido a la irradiación de la estrella. "Esta explicación supone que los planetas se forman y permanecen muy cerca de su estrella, donde serían secos, sin agua", aclara Julia Venturini. "Sin embargo, esta explicación contradice los modelos de formación, que muestran que planetas de un tamaño entre dos y cuatro radios terrestres, los planetas oceánicos, proceden generalmente de las regiones más frías y heladas del sistema estelar".
Muchos indicios sugieren por lo tanto que algunos planetas podrían alejarse de su lugar de nacimiento durante su evolución, migrando hacia adentro o hacia afuera de su sistema. Esta migración permitiría a los planetas nacidos en regiones frías y heladas, como los planetas oceánicos, terminar su formación en órbitas muy cercanas a su estrella.
Planetas oceánicos errantes
A medida que los planetas oceánicos helados y ricos en agua migran hacia su estrella, el hielo se funde y eventualmente forma una espesa atmósfera de vapor de agua. Este proceso provoca un aumento de su radio hacia valores ligeramente más elevados, más allá de un doble radio terrestre. Por el contrario, las super-Tierras, pobres en agua, "encogen" al perder los gases volátiles de su atmósfera original, tales como el hidrógeno y el helio, bajo la influencia de la estrella.
Los modelos informáticos combinados de formación y evolución indican así que la migración de los planetas oceánicos contribuye significativamente al gran número de planetas detectados con un radio mayor que dos radios terrestres mientras que la evaporación atmosférica de las super-Tierras contribuye al exceso de planetas más pequeños que dos radios terrestres. En medio de estas dos poblaciones se encuentra la brecha subneptuniana. "Ya habíamos obtenido este resultado en 2020. El nuevo estudio lo confirma con un modelo de formación diferente. Esto refuerza la conclusión de que los planetas subneptunianos son principalmente mundos de agua". afirma Julia Venturini, quien también dirigió el estudio de 2020.
Más investigaciones por venir
Además de explicar un fenómeno hasta ahora misterioso, estos trabajos abren nuevas perspectivas para el estudio de las exoplanetas. "Si extendiéramos nuestros resultados a regiones más templadas, donde el agua es líquida, esto podría sugerir la existencia de mundos acuáticos con océanos líquidos profundos", explica Christoph Mordasini. "Tales planetas podrían potencialmente albergar vida y serían objetivos relativamente simples para la búsqueda de biomarcadores debido a su tamaño".
Las observaciones con telescopios como el James Webb Space Telescope o el Extremely Large Telescope, actualmente en construcción, también podrían ser útiles. Permitirían determinar la composición atmosférica de las planetas en función de su tamaño, lo que permitiría probar las simulaciones descritas.