Misterios de planetas de "Algodón de azúcar" desarrollados en nuevas observaciones del Hubble.

No existe nada como ellos en nuestro vecindario solar.
Esta ilustración muestra la estrella Kepler 51, similar al Sol, y tres planetas gigantes que el telescopio espacial Kepler de la NASA descubrió en 2012-2014. Todos estos planetas son aproximadamente del tamaño de Júpiter, pero una pequeña fracción de su masa. Esto significa que los planetas tienen una densidad extraordinariamente baja, más similar a la espuma de poliestireno en lugar de roca o agua, según las nuevas observaciones del telescopio espacial Hubble. Los planetas pueden haberse formado mucho más lejos de su estrella y haber migrado hacia adentro. Ahora sus atmósferas hinchadas de hidrógeno / helio están desapareciendo en el espacio. Eventualmente, planetas mucho más pequeños podrían quedar atrás. El campo estelar de fondo está correctamente trazado como se vería si miramos hacia nuestro Sol desde la distancia de Kepler 51 de aproximadamente 2.600 años luz, a lo largo del brazo espiral de Orión de nuestra galaxia. Sin embargo, el Sol es demasiado débil para ser visto en esta vista simulada a simple vista. CRÉDITOS: NASA, ESA y L. Hustak, J. Olmsted, D. Player y F. Summers (STScI).


Cuando los astrónomos miran alrededor del sistema solar, descubren que los planetas pueden estar hechos de casi cualquier cosa. Los planetas terrestres como la Tierra, Marte y Venus tienen densos núcleos de hierro y mantos rocosos. Los planetas exteriores masivos como Júpiter y Saturno son en su mayoría gaseosos y líquidos. Los astrónomos no pueden retirar sus capas de nubes para mirar hacia adentro, pero su composición se deduce al comparar la masa del planeta (calculada a partir de su movimiento orbital) con su tamaño. El resultado es que Júpiter tiene la densidad del agua y Saturno tiene una densidad aún más baja (podría flotar en una gran bañera). Estos gigantes gaseosos tienen tan son la quinta parte de la densidad de la Tierra rocosa.

Ahora los astrónomos han descubierto una clase de planeta completamente nuevo a diferencia de todo lo que se encuentra en nuestro sistema solar. En lugar de un "gigante terrestre" o "gigante gaseoso", podrían llamarse planetas "algodón de azúcar" porque su densidad es muy baja. Estos planetas están tan hinchados que son casi del tamaño de Júpiter, pero son tan solo 1/100 de su masa. Tres de ellos orbitan alrededor de la estrella Kepler 51 similar al Sol, ubicada aproximadamente a 2.600 años luz de distancia.

Los planetas hinchados podrían representar una breve fase transitoria en la evolución del planeta, lo que explicaría por qué no vemos nada parecido en el sistema solar. Los planetas pueden haberse formado mucho más lejos de su estrella y haber migrado hacia adentro. Ahora sus atmósferas de hidrógeno / helio de baja densidad están desapareciendo en el espacio. Eventualmente, planetas mucho más pequeños podrían quedar atrás.

"Super-Puffs" puede sonar como un nuevo cereal para el desayuno. Pero en realidad es el apodo de una clase única y rara de exoplanetas jóvenes que tienen la densidad del algodón de azúcar. Nada como ellos existe en nuestro sistema solar.

Nuevos datos del Telescopio Espacial Hubble de la NASA han proporcionado las primeras pistas sobre la química de dos de estos planetas super hinchados, que se encuentran en el sistema Kepler 51. Este sistema de exoplanetas, que en realidad cuenta con tres súper bocanadas que orbitan alrededor de una joven estrella similar al Sol, fue descubierto por el telescopio espacial Kepler de la NASA en 2012. Sin embargo, no fue hasta 2014 cuando se determinaron las bajas densidades de estos planetas, para sorpresa de muchos.

Esta ilustración muestra los tres planetas gigantes que orbitan la estrella Kepler 51 similar al Sol en comparación con algunos de los planetas de nuestro sistema solar. Todos estos planetas son aproximadamente del tamaño de Júpiter pero una fracción muy pequeña de su masa. Esto significa que los planetas tienen una densidad extraordinariamente baja, más como la de espuma de poliestireno en lugar de roca o agua, según las nuevas observaciones del telescopio espacial Hubble. Los planetas pueden haberse formado mucho más lejos de su estrella y haber migrado hacia adentro. Ahora sus atmósferas hinchadas de hidrógeno / helio están desapareciendo en el espacio. Eventualmente, planetas mucho más pequeños podrían quedar atrás. El telescopio espacial Kepler de la NASA detectó las sombras de estos planetas en 2012-2014 cuando pasaron frente a su estrella. No hay imágenes directas. Por lo tanto, los colores en esta ilustración son imaginarios. CRÉDITOS: NASA, ESA y L. Hustak y J. Olmsted (STScI).

Las recientes observaciones del Hubble permitieron a un equipo de astrónomos refinar las estimaciones de masa y tamaño para estos mundos, confirmando independientemente su naturaleza "hinchada". Aunque no más de varias veces la masa de la Tierra, sus atmósferas de hidrógeno / helio están tan hinchadas que son casi del tamaño de Júpiter. En otras palabras, estos planetas pueden parecer tan grandes y voluminosos como Júpiter, pero son aproximadamente cien veces más ligeros en términos de masa.

Se desconoce cómo y por qué sus atmósferas se disparan hacia el exterior, pero esta característica hace que los super-soplos sean objetivos principales para la investigación atmosférica. Usando Hubble, el equipo buscó evidencia de componentes, especialmente agua, en las atmósferas de los planetas, llamados Kepler-51 b y 51 d. Hubble observó los planetas cuando pasaron frente a su estrella, con el objetivo de observar el color infrarrojo de sus puestas de sol. Los astrónomos dedujeron la cantidad de luz absorbida por la atmósfera en la luz infrarroja. Este tipo de observación permite a los científicos buscar signos reveladores de los componentes químicos de los planetas, como el agua.

Para asombro del equipo del Hubble, descubrieron que los espectros de ambos planetas no tenían ninguna firma química reveladora. Atribuyen este resultado a nubes de partículas altas en sus atmósferas. "Esto fue completamente inesperado", dijo Jessica Libby-Roberts de la Universidad de Colorado, Boulder, "habíamos planeado observar grandes características de absorción de agua, pero simplemente no estaban allí. ¡Estábamos nublados!" Sin embargo, a diferencia de las nubes de agua de la Tierra, las nubes en estos planetas pueden estar compuestas de cristales de sal o peligros fotoquímicos, como los que se encuentran en la luna más grande de Saturno, Titán.

Estas nubes proporcionan al equipo una idea de cómo se comparan Kepler-51 b y 51 d con otros planetas de baja masa y ricos en gas fuera de nuestro sistema solar. Al comparar los espectros planos de los súper soplos con los espectros de otros planetas, el equipo pudo apoyar la hipótesis de que la formación de nubes / neblinas está vinculada a la temperatura de un planeta: cuanto más frío es un planeta, más nublado se vuelve.

El equipo también exploró la posibilidad de que estos planetas no fueran realmente superpoblados. La atracción gravitacional entre los planetas crea ligeros cambios en sus períodos orbitales, y de estos efectos de sincronización se pueden derivar masas planetarias. Al combinar las variaciones en el tiempo de cuando un planeta pasa frente a su estrella (un evento llamado tránsito) con esos tránsitos observados por el telescopio espacial Kepler, el equipo restringió mejor las masas planetarias y la dinámica del sistema. Sus resultados coincidieron con los medidos previamente para Kepler-51 b. Sin embargo, descubrieron que Kepler-51 d era ligeramente menos masivo (o el planeta estaba aún más hinchado) de lo que se pensaba anteriormente.

Al final, el equipo concluyó que las bajas densidades de estos planetas son en parte consecuencia de la corta edad del sistema, de apenas 500 millones de años, en comparación con nuestro Sol de 4.600 millones de años. Los modelos sugieren que estos planetas se formaron fuera de la "línea de nieve" de la estrella, la región de posibles órbitas donde los materiales helados pueden sobrevivir. Los planetas luego migraron hacia adentro, como una cadena de vagones de ferrocarril.

Ahora, con los planetas mucho más cerca de la estrella, sus atmósferas de baja densidad deberían evaporarse al espacio en los próximos miles de millones de años. Utilizando modelos de evolución planetaria, el equipo pudo demostrar que Kepler-51 b, el planeta más cercano a la estrella, algún día (en mil millones de años) parecerá una versión más pequeña y más caliente de Neptuno, un tipo de planeta que es bastante común en toda la Vía Láctea. Sin embargo, parece que Kepler-51 d, que está más lejos de la estrella, seguirá siendo un planeta extraño de baja densidad, aunque se reducirá y perderá una pequeña cantidad de atmósfera. "Este sistema ofrece un laboratorio único para probar las teorías de la evolución temprana del planeta", dijo Zach Berta-Thompson, de la Universidad de Colorado, Boulder.

La buena noticia es que no todo está perdido para determinar la composición atmosférica de estos dos planetas. El próximo telescopio espacial James Webb de la NASA, con su sensibilidad a las longitudes de onda infrarrojas más largas de la luz, puede mirar a través de las capas de nubes. Las observaciones futuras con este telescopio podrían proporcionar información sobre de qué están hechos estos planetas de algodón de azúcar. Hasta entonces, estos planetas siguen siendo un dulce misterio.

El telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA. Crédito: NASA/ESA & Hubble.


El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía en Washington, D.C.

Créditos: NASA, ESA y J. Libby-Roberts y Z. Berta-Thompson (Universidad de Colorado).

Contacto.

Ray Villard

Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland
410-338-4514

Daniel Strain

Universidad de Colorado, Boulder, Colorado

Jessica Libby-Roberts / Zach Berta-Thompson

Universidad de Colorado, Boulder, Colorado

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• Publicado el 19 de diciembre del 2019, enlace publicación.

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