El increíble caso de los planetas menguantes

Desde hace tiempo se sospechaba que los mini Neptunos, mundos más pequeños que Neptuno, con núcleos rocosos rodeados de una atmósfera de gas o de agua muy caliente, estaban relacionados de algún modo con los planetas terrestres, pero se desconocía la forma en que estos 'enanos gaseosos' perdían sus atmósferas. El estudio de los astrónomos del Caltech parece haber encontrado que la irradiación estelar es el mecanismo principal, aunque también podrían estar en juego otros factores.

Hasta ahora en la Vía Láctea, la galaxia en que vivimos, se han identificado muchos tipos de planetas que son muy diferentes a los del Sistema Solar. Y entre los más abundantes se encuentran, precisamente, los mini Neptunos. Más masivos que la Tierra pero menos que Neptuno, del que toman su nombre, estos planetas suelen estar envueltos por una densa atmósfera de hidrógeno y helio.

Los más pequeños descubiertos hasta ahora doblan el tamaño de la Tierra. Y entre medias, se encuentra la categoría de las 'supertierras', exoplanetas que tienen entre 1,5 y dos veces el radio terrestre. Pero, curiosamente, entre 1,5 y 2 radios terrestres apenas se conocen planetas, una falta que se conoce como 'la brecha del radio del planeta pequeño'.

Los científicos creen que esta brecha en los tamaños existe porque, por encima de cierto límite crítico, los exoplanetas tienen suficiente masa para retener una atmósfera primordial que infla su tamaño, colocándolos en la clase de mini Neptunos. Las supertierras, sin embargo, no tienen suficiente masa y perdieron sus atmósferas primordiales, o puede que incluso nunca las tuvieran.

Pero si los mini Neptunos empezaron su existencia con atmósferas, ¿Cómo llegaron a perderlas? Una posible vía, llamada 'pérdida de masa impulsada por el núcleo', apunta al calor interno resultante de la formación planetaria, con la energía gravitacional convirtiéndose en calor y expulsando la atmósfera primordial. El otro mecanismo se llama 'foto evaporación', y postula que la intensa radiación de rayos X y ultravioleta de las estrellas elimina la atmósfera de sus exoplanetas.

Determinar cuál de estos escenarios hace posible que los mini Neptunos se transformen en súper Tierras requiere encontrar exoplanetas intermedios, es decir, aun con atmósferas pero en proceso de perderlas, y determinar la velocidad a la que estos mundos están 'encogiendo'. Lo cual nos lleva de nuevo al artículo de Zhang y sus colegas.

Los investigadores utilizaron espectroscopía para estudiar las atmósferas de cuatro jóvenes y cercanos mini Neptunos, todos orbitando alrededor de enanas naranjas, y determinar a qué velocidad estaban filtrando helio al espacio. Uno de ellos, TOI 560b, con un radio 2,8 veces mayor que el de la Tierra, ya fue analizado por Zhang y su equipo en un artículo publicado a principios de este año. Los otros tres, TOI 1430.01, TOI 1683.03 y TOI 2076 b, son nuevos, y sus radios oscilan entre 2,1 y 2,52 veces el de la Tierra.

Pero lo que tienen en común los cuatro es una 'fuga' significativa de helio al espacio, a un ritmo que además es consistente con la idea de la foto evaporación. Según el estudio, la tasa de evaporación atmosférica de estos cuatro exoplanetas es suficiente para perderlas por completo en apenas unos pocos cientos de millones de años, un tiempo bastante corto a escala planetaria.

«Llegamos a la conclusión -escriben los investigadores- de que muchos, si no todos estos planetas perderán sus envolturas ricas en hidrógeno y se convertirán en supertierras. Nuestros resultados demuestran que la mayoría de los mini-Neptunos que orbitan estrellas similares al Sol tienen atmósferas primordiales, y que la foto evaporación es un mecanismo eficiente para despojar las atmósferas y transformar estos planetas en supertierras».