El Hubble ve la formación de una nueva atmósfera en un exoplaneta rocoso.
Por primera vez, los científicos que utilizan el telescopio espacial Hubble de la NASA / ESA han encontrado evidencia de actividad volcánica que reforma la atmósfera en un planeta rocoso alrededor de una estrella distante. El planeta, GJ 1132 b, tiene una densidad, tamaño y edad similares a los de la Tierra.
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| Impresión del artista de GJ 1132 b. Esta imagen es una impresión artística del exoplaneta GJ 1132 b. Por primera vez, los científicos que utilizan el telescopio espacial Hubble de la NASA / ESA han encontrado evidencia de actividad volcánica que reforma la atmósfera en este planeta rocoso, que tiene una densidad, tamaño y edad similares a los de la Tierra. Para sorpresa de los astrónomos, las nuevas observaciones del Hubble han descubierto una segunda atmósfera que ha reemplazado a la primera atmósfera del planeta. Es rico en hidrógeno, cianuro de hidrógeno, metano y amoníaco, y también tiene una neblina de hidrocarburos. Los astrónomos teorizan que el hidrógeno de la atmósfera original fue absorbido por el manto de magma fundido del planeta y ahora está siendo liberado lentamente por el vulcanismo para formar una nueva atmósfera. Esta segunda atmósfera, que continúa escapándose al espacio, se repone continuamente del depósito de hidrógeno en el magma del manto. Crédito: NASA, ESA y R. Hurt (IPAC / Caltech). |
El planeta GJ 1132 b parece haber comenzado a vivir como un mundo gaseoso con una gruesa capa de atmósfera. Comenzando en varias veces el radio de la Tierra, este llamado "sub-Neptuno" perdió rápidamente su atmósfera primordial de hidrógeno y helio, que fue despojada por la intensa radiación de su estrella joven y caliente. En un corto período de tiempo, se redujo a un núcleo desnudo del tamaño de la Tierra.
Para sorpresa de los astrónomos, las nuevas observaciones del Hubble [1] han descubierto una atmósfera secundaria que ha reemplazado a la primera atmósfera del planeta. Es rico en hidrógeno, cianuro de hidrógeno, metano y amoníaco, y también tiene una neblina de hidrocarburos. Los astrónomos teorizan que el hidrógeno de la atmósfera original fue absorbido por el manto de magma fundido del planeta y ahora está siendo liberado lentamente por el vulcanismo para formar una nueva atmósfera. Esta segunda atmósfera, que continúa escapándose al espacio, se repone continuamente del depósito de hidrógeno en el magma del manto.
"Esta segunda atmósfera proviene de la superficie y el interior del planeta, por lo que es una ventana a la geología de otro mundo", explicó el miembro del equipo Paul Rimmer de la Universidad de Cambridge, Reino Unido. "Se necesita hacer mucho más trabajo para poder verlo correctamente, pero el descubrimiento de esta ventana es de gran importancia".
“Primero pensamos que estos planetas altamente irradiados serían bastante aburridos porque creíamos que habían perdido sus atmósferas”, dijo el miembro del equipo Raissa Estrela del Laboratorio de Propulsión a Chorro del Instituto de Tecnología de California en Pasadena, California, EE. UU. Pero analizamos las observaciones existentes de este planeta con el Hubble y nos dimos cuenta de que hay una atmósfera allí ".
"¿Cuántos planetas terrestres no comienzan como terrestres? Algunos pueden comenzar como subneptunos y se convierten en terrestres a través de un mecanismo por el cual la luz evapora la atmósfera primordial. Este proceso funciona temprano en la vida de un planeta, cuando la estrella está más caliente ”, dijo el líder del equipo Mark Swain del Laboratorio de Propulsión a Chorro. “Entonces la estrella se enfría y el planeta simplemente se queda ahí. Entonces tienes este mecanismo que puede cocinar la atmósfera en los primeros 100 millones de años, y luego las cosas se calman. Y si puedes regenerar la atmósfera, tal vez puedas conservarla ".
De alguna manera, GJ 1132 b tiene varios paralelos con la Tierra, pero de alguna manera también es muy diferente. Ambos tienen densidades similares, tamaños similares y edades similares, con aproximadamente 4.500 millones de años. Ambos comenzaron con una atmósfera dominada por hidrógeno, y ambos estaban calientes antes de enfriarse. El trabajo del equipo incluso sugiere que GJ 1132 by la Tierra tienen una presión atmosférica similar en la superficie.
Sin embargo, las historias de formación de los planetas son profundamente diferentes. No se cree que la Tierra sea el núcleo superviviente de un subneptuno. Y la Tierra orbita a una distancia cómoda de nuestro Sol enano amarillo. GJ 1132 b está tan cerca de su estrella enana roja anfitriona que completa una órbita a la estrella una vez cada día y medio. Esta proximidad extremadamente cercana mantiene a GJ 1132 b bloqueada por las mareas, mostrando la misma cara a su estrella en todo momento, al igual que nuestra luna mantiene un hemisferio permanentemente frente a la Tierra.
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| Espectro de GJ 1132 b. Este gráfico muestra el espectro de la atmósfera de un exoplaneta rocoso del tamaño de la Tierra, GJ 1132 b, que se superpone a la impresión artística del planeta. La línea naranja representa el espectro del modelo. En comparación, el espectro observado se muestra como puntos azules que representan puntos de datos promediados, junto con sus barras de error. Este análisis es consistente con GJ 1132 b siendo predominantemente una atmósfera de hidrógeno con una mezcla de metano y cianuro de hidrógeno. El planeta también tiene aerosoles que provocan la dispersión de la luz. Esta es la primera vez que se detecta en un mundo fuera de nuestro sistema solar la llamada "atmósfera secundaria", que se reponía después de que el planeta perdiera su atmósfera primordial. Crédito: NASA, ESA y P. Jeffries (STScI). |
"La pregunta es, ¿qué mantiene el manto lo suficientemente caliente como para permanecer líquido y potenciar el vulcanismo?" preguntó Swain. "Este sistema es especial porque tiene la oportunidad de una gran cantidad de calentamiento por marea".
El fenómeno del calentamiento de las mareas se produce por fricción, cuando la energía de la órbita y la rotación de un planeta se dispersa en forma de calor dentro del planeta. GJ 1132 b se encuentra en una órbita elíptica y las fuerzas de marea que actúan sobre ella son más fuertes cuando está más cerca o más lejos de su estrella anfitriona. Al menos otro planeta en el sistema de la estrella anfitriona también ejerce una atracción gravitacional sobre el planeta. Las consecuencias son que este "bombeo" gravitacional aprieta o estira el planeta. Ese calentamiento de las mareas mantiene el manto líquido durante mucho tiempo. Un ejemplo cercano en nuestro propio Sistema Solar es la luna joviana, Io, que tiene un vulcanismo continuo como resultado de un tira y afloja entre Júpiter y las lunas jovianas vecinas.
El equipo cree que la corteza de GJ 1132 b es extremadamente delgada, quizás de solo cientos de pies de espesor. Eso es demasiado débil para soportar algo parecido a montañas volcánicas. Su terreno plano también puede romperse como una cáscara de huevo por la flexión de la marea. El hidrógeno y otros gases podrían liberarse a través de estas grietas.
Esta atmósfera, si es delgada, es decir, si tiene una presión superficial similar a la de la Tierra, probablemente signifique que puede ver hasta el suelo en longitudes de onda infrarrojas. Eso significa que si los astrónomos usan el telescopio espacial James Webb para observar este planeta, existe la posibilidad de que no vean el espectro de la atmósfera, sino el espectro de la superficie ”, explicó Swain. “Y si hay charcos de magma o actividad volcánica, esas áreas estarán más calientes. Eso generará más emisiones, por lo que potencialmente estarán observando la actividad geológica real, ¡lo cual es emocionante!"
Este resultado es significativo porque brinda a los científicos de exoplanetas una forma de descubrir algo sobre la geología de un planeta a partir de su atmósfera ”, agregó Rimmer. "También es importante para comprender dónde encajan los planetas rocosos de nuestro propio Sistema Solar (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) en el panorama más amplio de la planetología comparativa, en términos de disponibilidad de hidrógeno frente a oxígeno en la atmósfera".
Notas:
[1] Las observaciones se realizaron como parte del programa de observación de Hubble # 14758 (PI: Zach Berta-Thomson).
Más información:
El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la ESA y la NASA.
Los hallazgos del equipo se publicarán en una próxima edición de The Astronomical Journal.
El equipo internacional de astrónomos de este estudio está formado por M. R. Swain, R. Estrela, G. M. Roudier, C. Sotin, P. Rimmer, A. Valio, R. West, K. Pearson, N. Huber-Feely y R. T. Zellem.
Crédito de la imagen: NASA, ESA y R. Hurt (IPAC / Caltech)
Enlaces:
Contactos:
Mark Swain
Laboratorio de propulsión a chorro de la NASA
Instituto de Tecnología de California, Pasadena, California, EE. UU.
Correo electrónico: mark.r.swain@jpl.nasa.gov
Raissa Estrela
Laboratorio de propulsión a chorro de la NASA
Instituto de Tecnología de California, Pasadena, California, EE. UU.
Correo electrónico: restrela@jpl.nasa.gov
Paul Rimmer
Departamento de Ciencias de la Tierra, Universidad de Cambridge
Laboratorio Cavendish, Universidad de Cambridge, Laboratorio de Biología Molecular MRC
Tel: Cambridge, Reino Unido
Correo electrónico: pbr27@cam.ac.uk
Bethany Downer
Director de comunicaciones de la ESA / Hubble
Oficina de la ESA, Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial
Correo electrónico: Bethany.Downer@esahubble.org
• Publicado en ESA/Hubble el 11 de marzo del 2021. enlace publicación.
