Los investigadores creen que el planeta ha perdido su atmósfera original y ha construido una nueva.

La mayoría de los planetas a menudo tienen una atmósfera de inicio diferente a la que terminan. La mayor parte del gas del sistema solar será hidrógeno y helio. Pero una mirada a los planetas rocosos de nuestro sistema solar revela tres atmósferas muy diferentes (y una muy débil), siendo el hidrógeno y el helio componentes relativamente menores. A medida que adquirimos la capacidad de observar las atmósferas de los exoplanetas, deberíamos obtener una perspectiva más amplia de todas las formas en que las atmósferas pueden cambiar a medida que envejecen sus planetas.

Esta semana, un equipo internacional de astrónomos informó haber encontrado una atmósfera en un planeta donde no se esperaba que existiera. Los astrónomos sugieren que en realidad es la segunda atmósfera del planeta, que resultó de la actividad volcánica después del primer punto de ebullición temprano en la historia del planeta.

Captura la atmósfera

En general, actualmente no tenemos la tecnología para fotografiar exoplanetas a menos que sean muy grandes, muy pequeños y estén a una gran distancia de la estrella en órbita. Sin embargo, todavía podemos reconocer lo que hay en su atmósfera. Para hacer esto, necesitamos observar un planeta que pasa por la línea de visión entre la Tierra y su estrella. Durante el tránsito, un pequeño porcentaje de la luz de la estrella viaja a través de la atmósfera del planeta en su camino hacia la Tierra, interactuando con las partículas allí.

Estas partículas dejan una huella en el espectro de luz que llega a la Tierra. Es una firma muy débil, porque la mayor parte de la luz de la estrella nunca ve la atmósfera. Pero al combinar datos de varios días de observación, es posible diferenciar esta firma del ruido.

Eso es lo que hicieron los científicos con GJ 1132 b, un exoplaneta que orbita una pequeña estrella a 40 años luz de la Tierra. El planeta tiene aproximadamente el tamaño de la Tierra y aproximadamente 1,5 veces su masa. También orbita muy cerca de su estrella anfitriona, completando una órbita completa en solo 1,6 días. Esto es lo suficientemente cerca como para asegurar que a pesar de la tenue estrella pequeña, GJ 1132 b esté extremadamente caliente.

De hecho, está muy cerca y hace calor, de hecho, los investigadores han estimado que actualmente está perdiendo unos 10.000 kilogramos de atmósfera por segundo. Debido a que se esperaba que la estrella anfitriona fuera mucho más brillante al principio de su historia, los investigadores estiman que GJ 1132 b habría perdido una atmósfera razonable en los primeros 100 millones de años de su existencia. De hecho, a lo largo de la vida del planeta, los investigadores estiman que podría haber perdido una atmósfera que pesa unas cinco veces la masa actual del planeta, el tipo de cosas que verías si el planeta restante fuera el núcleo de un Neptuno joven. .

(Existen algunas dudas sobre estos números, basados ​​en la frecuencia con la que su estrella envía partículas de alta energía y la fuerza del campo magnético del planeta. Pero no son lo suficientemente grandes como para mantener la atmósfera en su lugar durante los 5 mil millones de años del planeta. fecha.)

Por lo tanto, los investigadores podrían sorprenderse al encontrar que, según los datos del Hubble, el planeta parece tener una atmósfera.

Cómo llegó esto aquí?

Una posible explicación de esto es que el planeta se formó a una distancia menor de la estrella y luego migró tierra adentro. Pero eso significa que descubrimos GJ 1132 b en una ventana de tiempo relativamente estrecha: entre acercarnos lo suficiente a la estrella para perder su atmósfera, pero antes de que toda esa atmósfera se hubiera calentado en el espacio. Mejor si el planeta se formara cerca de donde estaba y creara una segunda atmósfera después de que se perdiera la primera.

Afortunadamente, los datos proporcionados por Hubble pudieron proporcionar alguna pista de lo que hay en la atmósfera. La firma que dejan las partículas en la atmósfera a la luz de las estrellas proporciona algunas pistas sobre cómo podrían ser. Esta semántica es compleja, ya que hay muchas moléculas que tienen señales que se superponen parcialmente en algunas regiones del espectro pero no en otras, y aumentan la complejidad. Pero es posible observar la señal de la atmósfera de un planeta y determinar qué grupos de moléculas son compatibles con esa señal.

Los investigadores encontraron que es probable que haya algunos aerosoles en la atmósfera. Y su composición no sería realmente sorprendente en otro planeta: principalmente metano, etano, hidrógeno y cianuro de hidrógeno. Pero recuerde, la única razón por la que esta atmósfera es tan interesante es que el planeta debe haber perdido su atmósfera al principio de su historia, y todo el hidrógeno debería haber desaparecido con ella.

Magma

Sin embargo, el equipo de investigación propone una posible solución a este dilema. Al principio de la historia del planeta, debe haber tenido una atmósfera rica en hidrógeno y una superficie que era un océano de magma. Estudios recientes han sugerido que una gran cantidad de hidrógeno puede terminar almacenada en el magma y, a medida que el planeta se enfría, queda atrapado bajo la corteza.

Pero probablemente no quedó atrapado para siempre. Los astrónomos sugieren que el planeta debe estar caliente en parte debido a las grandes cantidades de radiación que captura de su estrella muy cercana, pero también a las fuerzas de marea que ejerce la gravedad de la estrella sobre su corteza. Esto debería ser suficiente para mantener la corteza delgada y elástica, permitiendo la formación de volcanes a gran escala. Por lo tanto, sugieren que la atmósfera actual puede formarse y regenerarse por la actividad volcánica, con magmas ricos en hidrógeno que tienen su composición característica.

Obviamente, esto no sería lo más simple de confirmar, aunque la llegada del telescopio espacial James Webb abrirá nuevas regiones del espectro para proporcionar un examen independiente de la composición estimada de la atmósfera. Pero la mejor prueba sería simplemente encontrar que este tipo de atmósfera secundaria aparece en otros exoplanetas. Dado el interés en fotografiar sus atmósferas, es posible que no esperemos mucho.

Archivo ArXiv. Número de resumen: 2103.05657 (Sobre el arXiv). Para publicación en Astronomical Journal.