Los exoplanetas vienen en muchos tamaños, desde pequeños hasta grandes, pero destaca una extraña brecha: sorprendentemente pocos tienen aproximadamente el doble del tamaño de la Tierra. Las simulaciones por computadora sugieren ahora que esta misteriosa anomalía en la distribución de tamaños se debe a la frecuente inmigración de los llamados mini-Neptunos dentro de sus sistemas planetarios. A medida que se acerca a la estrella central, su hielo de agua se evapora y forma atmósferas que dan lugar a una apariencia más grande. Además, aparentemente la brecha también se abre en el otro lado: los astrónomos afirman que los planetas rocosos pueden encogerse ópticamente debido a la pérdida de sus capas de gas.
Los astrónomos han descubierto miles de exoplanetas alrededor de estrellas distantes, y los tamaños de muchos de ellos se conocen con bastante precisión. El tamaño determinado puede basarse en material planetario sólido o incluso en una atmósfera espesa. La distribución en el espectro de tamaños de los exoplanetas ha despertado asombro entre los astrónomos. Hay un número sorprendentemente pequeño de planetas que tienen un tamaño de aproximadamente dos radios de la Tierra. Por el contrario, existe una acumulación relativa alrededor de los radios terrestres 1,4 y 2,4. Este fenómeno se llama brecha de haz y se confirmó volviendo a analizar los datos del telescopio espacial Kepler.
Cuestionar la mirada sobre un hueco
Los astrónomos básicamente suponen que los planetas con estos tamaños intermedios en realidad no deberían formarse con menos frecuencia. Por tanto, se sospecha que la brecha se debe a la pérdida de exoplanetas de este tamaño. Hasta ahora, una posible explicación era que con relativa frecuencia pierden parte de su atmósfera original debido a la radiación de la estrella central y, por lo tanto, parecen más pequeños. Pero este efecto por sí solo no parecía explicar adecuadamente el fenómeno. Ahora, el equipo de astrónomos dirigido por el primer autor, Remo Burn, del Instituto Max Planck de Astronomía de Heidelberg, ha vuelto a desarrollar complejas simulaciones por ordenador para arrojar luz sobre la causa del fenómeno. Para ello, modelaron desde el principio los procesos de formación de planetas, así como posibles procesos evolutivos en los sistemas planetarios.
De esta manera también integraron un aspecto que ahora sabemos que es un factor importante en el desarrollo: la migración de los cuerpos celestes. Se cree que algunos planetas abandonan sus órbitas natales y migran hacia adentro o hacia afuera. Los investigadores se centraron en los dos tipos de planetas que pueblan el rango de tamaño alrededor de la brecha. Por un lado, hay planetas rocosos que pueden llegar a tener más masa que la Tierra y por eso se llaman supertierras. La segunda categoría es la de los llamados miniNeptunos, que en promedio son ligeramente más grandes que las súper Tierras. Las simulaciones de los astrónomos muestran ahora que las historias de desarrollo de los miniNeptunos probablemente contribuyan significativamente a la creación de la brecha de radio.
Mini-Neptunos errantes a la vista
Como resultado, los mini-Neptunos surgen en áreas de los sistemas bastante externas y frías. Las simulaciones muestran que, de hecho, deberían constituir las variables que faltan en la distribución observada. Pero a medida que estos planetas, que probablemente sean ricos en hielo de agua, se acercan a la estrella, se derriten y eventualmente forman atmósferas densas y voluminosas de vapor de agua. «Las propiedades del agua a las presiones y temperaturas que ocurren dentro de los planetas y sus atmósferas fueron de importancia crítica en este estudio», explica Burn. Al final, el proceso simulado condujo a un cambio decisivo de los radios planetarios hacia valores mayores en un lado de la brecha que se muestra en las observaciones astronómicas. Hay que tener en cuenta que las mediciones no distinguen si el tamaño detectado se debe exclusivamente a la parte sólida del planeta o también a una atmósfera densa.
También se ha descubierto que el efecto previamente sospechado contribuye a la formación de agujeros: los planetas rocosos pueden perder con el tiempo su atmósfera densa, lo que los hace parecer más pequeños. En general, ambos mecanismos aparentemente contribuyen a la falta de planetas con tamaños alrededor de dos radios terrestres. En pocas palabras, algunos de los planetas que originalmente tenían el doble de tamaño que la Tierra se mueven hacia otros más grandes a medida que se desarrollan, mientras que otros se adaptan a otros más pequeños. Como informa el equipo, sus simulaciones por computadora que representan ambos procesos evolutivos en realidad produjeron una brecha en la distribución de tamaños similar a la de los datos de observación astronómica.
Sin embargo, como concluyen los investigadores, el estudio también planteó nuevas preguntas. Entre otras cosas, ahora quieren aclarar con más detalle qué procesos podrían estar detrás de la migración de planetas helados a órbitas interiores.
Fuente: Instituto Max Planck de Astronomía, artículo especializado: Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-023-02183-7
