El estudio de los planetas extrasolares realmente ha explotado en los últimos años. Actualmente, los astrónomos han podido confirmar la existencia de 4,104 planetas más allá de nuestro Sistema Solar, con otros 4900 en espera de confirmación. El estudio de estos muchos planetas ha revelado cosas sobre el rango de planetas posibles en nuestro Universo y nos ha enseñado que hay muchos para los cuales no hay análogos en nuestro Sistema Solar.
Por ejemplo, gracias a los nuevos datos obtenidos por el telescopio espacial Hubble, los astrónomos han aprendido más sobre una nueva clase de exoplanetas conocidos como planetas "superpoblados". Los planetas de esta clase son esencialmente gigantes gaseosos jóvenes que son comparables en tamaño a Júpiter pero tienen masas que son solo unas pocas veces mayores que las de la Tierra. Esto da como resultado que sus atmósferas tengan la densidad del algodón de azúcar, ¡de ahí el apodo encantador!
Los únicos ejemplos conocidos de este planeta residen en el sistema Kepler 51, una joven estrella similar al Sol ubicada a unos 2.615 años luz de distancia en la constelación de Cygnus. Dentro de este sistema, se han confirmado tres exoplanetas (Kepler-51 b, cyd) que fueron detectados por primera vez por el Telescopio espacial Kepler en 2012. Sin embargo, no fue sino hasta 2014 que se confirmaron las densidades de estos planetas, y fue toda una sorpresa.
Si bien estos gigantes gaseosos tienen atmósferas que están compuestas de hidrógeno y helio y son aproximadamente del mismo tamaño que Júpiter, también son aproximadamente cien veces más ligeras en términos de masa. Cómo y por qué sus atmósferas se dispararían de la manera en que lo hacen sigue siendo un misterio, pero el hecho es que la naturaleza de sus atmósferas hace que los planetas superpoblados sean un candidato principal para el análisis atmosférico.
Eso es precisamente lo que un equipo internacional de astrónomos, dirigido por Jessica Libby-Roberts del Centro de Astrofísica y Astronomía Espacial (CASA) de la Universidad de Colorado, Boulder, intentó hacer. Usando datos de Hubble, Libby-Roberts y su equipo analizaron los espectros obtenidos de las atmósferas de Kepler-51 byd para ver qué componentes (incluido el agua) estaban allí.
Cuando estos planetas pasaron frente a su estrella, se examinó la luz absorbida por sus atmósferas en la longitud de onda infrarroja. Para sorpresa del equipo, descubrieron que los espectros de ambos planetas no tenían ninguna firma química reveladora. Esto lo atribuyeron a la presencia de nubes de cristales de sal o peligros fotoquímicos en sus atmósferas.
Como tal, el equipo se basó en simulaciones por computadora y otras herramientas para teorizar que los planetas Kepler-51 son en su mayoría hidrógeno y helio en masa, que está cubierto por una espesa bruma hecha de metano. Esto es similar a lo que sucede en la atmósfera de Titán (la luna más grande de Saturno), donde la atmósfera predominantemente de nitrógeno contiene nubes de gas metano que oscurecen la superficie.
"Esto fue completamente inesperado", dijo Libby-Roberts. "Habíamos planeado observar grandes características de absorción de agua, pero simplemente no estaban allí. ¡Estábamos nublados! Sin embargo, estas nubes proporcionaron al equipo información valiosa sobre cómo Kepler-51 byd se comparan con otros exoplanetas de baja masa y ricos en gas observados por los astrónomos. Como Libby-Roberts explicó en un comunicado de prensa de CU Boulder:
“Sabíamos que eran de baja densidad. Pero cuando te imaginas una bola de algodón de azúcar del tamaño de Júpiter, eso es realmente de baja densidad ... Definitivamente nos hizo luchar para pensar en lo que podría estar pasando aquí. Esperábamos encontrar agua, pero no pudimos observar las firmas de ninguna molécula ".
El equipo también pudo restringir mejor el tamaño y la masa de estos planetas midiendo sus efectos de sincronización. En todos los sistemas, se producen ligeros cambios en el período orbital de un planeta debido a su atracción de gravitación, que se puede utilizar para derivar la masa de un planeta. Los resultados del equipo coincidieron con las estimaciones anteriores para Kepler-51 b, mientras que las estimaciones para Kepler-51 d indicaron que es un poco menos masivo (también conocido como más hinchado) de lo que se pensaba anteriormente.
El equipo también comparó los espectros de los dos superpozos con los de otros planetas y obtuvo resultados que indicaron que la formación de nubes / neblinas está vinculada a la temperatura de un planeta. Esto respalda la hipótesis de que cuanto más frío sea un planeta, más nublado será, lo cual es algo que los astrónomos han estado reflexionando gracias a la reciente serie de descubrimientos de exoplanetas.
Por último, pero no menos importante, el equipo observó que tanto Kepler-51 byd parecen estar perdiendo gas rápidamente. De hecho, el equipo estima que el antiguo planeta (que es el más cercano a su estrella madre) está arrojando decenas de miles de millones de toneladas de material al espacio cada segundo. Si esta tendencia continúa, los planetas se reducirán considerablemente en los próximos miles de millones de años y podrían convertirse en mini-Neptunes.
A este respecto, esto sugeriría que los exoplanetas no son tan poco comunes después de todo, dado que las mini-Neptunas parecen ser muy comunes. También sugiere que las bajas densidades de los planetas súper hinchados se atribuyen a la edad del sistema. Mientras que el Sistema Solar tiene aproximadamente 4.600 millones de años, Kepler-51 ha existido por solo 500 millones de años.
Los modelos planetarios utilizados por el equipo indican que los planetas probablemente se formaron más allá de la Línea de Escarcha Kepler-51, el límite más allá del cual los elementos volátiles se congelarán, y luego migraron hacia adentro. En lugar de ser planetas extraños, entonces, Kepler-51 byd pueden ser los primeros ejemplos que los astrónomos han visto de uno de los tipos de planetas más comunes en nuestro Universo en las primeras etapas de desarrollo.
Como explicó Zach Berta-Thompson (profesor asistente de APS y coautor de la nueva investigación), esto convierte a Kepler-51 en un "laboratorio único" para probar teorías de la evolución temprana del planeta:
"Este es un ejemplo extremo de lo que es genial de los exoplanetas en general. Nos dan la oportunidad de estudiar mundos que son muy diferentes al nuestro, pero también ubican los planetas en nuestro propio sistema solar en un contexto más amplio ".
En el futuro, el despliegue de instrumentos de próxima generación como el Telescopio espacial James Webb (JWST) ayudará a los astrónomos a examinar la atmósfera de los planetas Kepler-51 y otras superpoletas. Gracias a la sensibilidad del JWST a las longitudes de onda infrarroja más largas, aún podemos mirar a través de sus densas nubes y determinar de qué están compuestos realmente estos planetas de "algodón de azúcar".
También es otra pluma en la gorra del venerado Hubble ¡que ha estado en funcionamiento continuo durante unos treinta años (desde mayo de 1990) y continúa arrojando luz sobre los misterios cósmicos! Es lógico que todavía esté haciendo hallazgos que en breve serán objeto de investigaciones de seguimiento por parte de James Webb, su sucesor espiritual.
El estudio que detalla la investigación del equipo apareció recientemente en línea y aparecerá en El diario astrofísico.
