AVANZA LA CIENCIA PARA ENTENDER LA FORMACIÓN DE SISTEMAS PLANETARIOS

·      La variabilidad en la emisión de las estrellas puede moldear o evaporar la atmósfera de exoplanetas que se encuentren muy cerca: Joel Sánchez Bermúdez

El reciente hallazgo de una estrella evaporando la atmósfera de un planeta, con ayuda del Telescopio Espacial Hubble, reportado por la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio (NASA, por sus siglas en inglés) y publicado en “The Astronomical Journal”, contribuye a identificar los mecanismos dominantes en la ocurrencia de ese fenómeno y a entender cómo se forman sistemas planetarios como el nuestro, explicó el investigador del Instituto de Astronomía (IA) de la UNAM, Joel Sánchez Bermúdez.

Las estrellas, abundó, se crean a partir de nubes de gas y polvo. Mientras que la gravedad permite que las partes más densas de esas nubes colapsen, la presión interna del gas evita el colapso total. Una estrella es un cuerpo que se encuentra en equilibrio entre esas dos fuerzas, la gravedad y la presión interna del gas que la conforma.

Durante el proceso de formación, parte del gas y polvo del disco de acreción del que se forman las estrellas sirve como materia prima para formar los planetas que darán paso a sistemas planetarios. “La incógnita es cómo pasamos de gas y polvo, que son partículas de apenas unas cuantas micras, a cuerpos rocosos del tamaño de la Tierra o más grandes”.

Es complicado explicar la cadena “evolutiva”, de procesos físicos que deben ocurrir hasta tener un planeta como el que habitamos. Hay fenómenos que no están claros; por ejemplo, cómo se aglutinan los granos de polvo y cómo ese aglutinamiento resiste la intensa radiación que emite la estrella, y que podría evaporar el polvo. Tampoco se sabe muy bien cómo es posible que los pequeños cuerpos rocosos “crezcan” hasta formar planetas enteros.

De acuerdo con el especialista, ver que hay planetas que pueden perder su atmósfera u orbitar de maneras distintas a las que se registran en nuestro Sistema Solar, es interesante para esclarecer los mecanismos de formación planetaria.

Las abundantes enanas rojas

Recientemente, la NASA dio a conocer que detectó que la estrella enana roja denominada AU Mic estaba evaporando la atmósfera (formada principalmente de hidrógeno) del planeta AU Mic b, que tiene un periodo orbital corto, y que es capaz de dar la vuelta alrededor de su sol en sólo unos días.

Además, AU Mic b se encuentra, en promedio, a una distancia aproximadamente 20 veces más cerca de su estrella que la Tierra del Sol. AU Mic b es un planeta con una masa aproximada de 3 veces la masa de Neptuno. A este tipo de planetas se le conoce como “Neptunos calientes”.

AU Mic es un sistema “joven”, tanto que aún tiene un disco de “escombros” orbitando alrededor de la estrella central y un par de planetas inmersos en el mismo. La edad de la estrella es de 23 millones de años, y está relativamente cerca de la Tierra; se ubica a aproximadamente 35 años luz. Como queda “al lado”, se puede observar con detenimiento y mayor precisión que otras estrellas más alejadas.

Las enanas rojas, detalló el científico, son el tipo de estrella más pequeño que existe. Si fueran de menor tamaño serían enanas marrones, un tipo de cuerpo celeste mayor que un planeta pero que no mantiene reacciones termonucleares de su núcleo, aunque sí emite radiación, principalmente infrarroja.

Asimismo, tienen de 10 a 50 por ciento de la masa del Sol; se calcula que cerca de 70 por ciento de las estrellas en el Universo son de ese tipo. “Mientras más pequeñas son las estrellas, estas son más fáciles de formar y entonces hay muchos más soles de masas bajas, que masivos”, dijo.

Son relativamente frías: su temperatura superficial va de los tres mil 500 a los cuatro mil grados, dos mil menos que nuestro “astro rey”. El tiempo de vida también varía: mientras el Sol vivirá aproximadamente 10 mil millones de años (va a la mitad de su existencia), las enanas rojas permanecerán mil veces más, del orden de varios billones de años.

Eso significa que, si la edad del Universo es de 15 mil millones de años, ninguna ha muerto hasta ahora, porque no les ha alcanzado el tiempo para consumir toda su energía. La última estrella que se apagará en el Universo será una enana roja, afirmó Sánchez Bermúdez.

Para el descubrimiento de exoplanetas (es decir, de mundos que orbitan estrellas diferentes a nuestro Sol) se han desarrollado dos misiones importantes: los telescopios espaciales Kepler y TESS (siglas en inglés de Transiting Exoplanet Survey Satellite).

Este último utiliza la llamada técnica de tránsitos para detectar exoplanetas. La técnica consiste en descubrir el paso de un planeta enfrente de su sol en la línea de visión que se tiene desde Tierra. “Una estrella tiene cierto brillo que disminuye si un planeta pasa por enfrente; esa ‘caída’ del brillo se puede medir y al paso del planeta enfrente del disco estelar se conoce como tránsito”.

Aunque las enanas rojas son abundantes, son poco calientes y no tan luminosas. Es difícil observarlas, por eso se detectan las que están relativamente cerca de nosotros.

Un grupo de científicos liderado por Keighley Rockcliffe, del Departamento de Física y Astronomía del Dartmouth College (en Estados Unidos), observaron a AU Mic utilizando el espectrógrafo STIS abordo del Hubble. Para su hallazgo usaron tres temporadas de observación, una de archivo de 1998 y dos recientes, en 2020 y 2021. Las observaciones fueron realizadas en luz ultravioleta, particularmente a la longitud de onda de una línea de emisión del hidrógeno conocida como “Lyman-alpha”. Este tipo de emisión tiene alta probabilidad de interactuar con el hidrógeno de la atmósfera superior de un exoplaneta.

Los autores del artículo mencionado detectaron una variación en el perfil de la línea “Lyman-alpha” asociada al “desprendimiento” de la atmósfera del planeta. También calcularon que esa atmósfera se “escapa” a una tasa de 60 kilómetros por segundo.

Uno de los mecanismos que explica el “desprendimiento” de la atmósfera de un exoplaneta es “el escape hidrodinámico”. Este ocurre cuando hay una inyección de calor en la atmósfera del exoplaneta, provocando una salida de gas que escapa a la gravedad del planeta. La fuente de calentamiento pudo deberse a cambios en la emisión de la estrella. “Es la primera vez que se detecta esta especie de hipo, como lo ha llamado la NASA, o desprendimiento repentino de la atmósfera de un exoplaneta”.

En el IA, con algunos colaboradores, “el año pasado observamos la estrella AU-Mic con ayuda de telescopios instalados en el norte de Chile; la finalidad era detectar algún otro planeta en ese sistema, y para ello utilizamos una técnica observacional conocida como interferometría infrarroja, pero no se pudo encontrar ningún otro planeta además de los ya conocidos. No obstante, establecimos qué tan factible es detectar planetas de tipo Júpiter en este sistema”.

En cerca de cinco mil millones de años nuestro Sol se convertirá en una gigante roja. No se sabe si se “comerá” a la Tierra, pero seguramente, como en este caso, evaporará su atmósfera, finalizó Sánchez Bermúdez.

FUENTE: UNAM