Hubble ve un planeta en evaporación que tiene hipo

Un planeta joven que gira alrededor de una petulante estrella enana roja está cambiando de manera impredecible órbita a órbita. Está tan cerca de su estrella madre que experimenta una explosión de energía constante y torrencial, que evapora su atmósfera de hidrógeno, lo que hace que se desprenda del planeta.

La ilustración de este artista muestra un planeta (silueta oscura) que pasa frente a la estrella enana roja AU Microscopii. El planeta está tan cerca de la estrella eruptiva que una feroz ráfaga de viento estelar y una abrasadora radiación ultravioleta están calentando la atmósfera de hidrógeno del planeta, provocando que escape al espacio. Cuatro veces el diámetro de la Tierra, el planeta está evaporando lentamente su atmósfera, que se extiende linealmente a lo largo de su trayectoria orbital. Este proceso eventualmente puede dejar atrás un núcleo rocoso. La ilustración se basa en mediciones realizadas por el telescopio espacial Hubble. Créditos Obra de arte NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)

Pero durante una órbita observada con el Telescopio Espacial Hubble, parecía que el planeta no estaba perdiendo nada de material, mientras que una órbita observada con el Hubble un año y medio después mostraba signos claros de pérdida atmosférica.

Esta extrema variabilidad entre órbitas sorprendió a los astrónomos. "Nunca habíamos visto que un escape atmosférico pasara de ser completamente no detectable a muy detectable en un período tan corto cuando un planeta pasa frente a su estrella", dijo Keighley Rockcliffe, del Dartmouth College en Hanover, New Hampshire. "Realmente esperábamos algo muy predecible, repetible. Pero resultó ser extraño. Cuando vi esto por primera vez, pensé: 'Eso no puede ser correcto'".

Rockcliffe estaba igualmente desconcertado al ver, cuando era detectable, la atmósfera del planeta inflándose frente al planeta, como un faro en un tren rápido. "Esta observación francamente extraña es una especie de caso de prueba de estrés para el modelado y la física sobre la evolución planetaria. Esta observación es genial porque estamos probando esta interacción entre la estrella y el planeta que es realmente la más extrema ," ella dijo.

Ubicada a 32 años luz de la Tierra, la estrella madre AU Microscopii (AU Mic) alberga uno de los sistemas planetarios más jóvenes jamás observados. La estrella tiene menos de 100 millones de años (una pequeña fracción de la edad de nuestro Sol, que tiene 4600 millones de años). El planeta más interno, AU Mic b, tiene un período orbital de 8,46 días y está a solo 6 millones de millas de la estrella (aproximadamente 1/10 de la distancia del planeta Mercurio a nuestro Sol). El mundo hinchado y gaseoso tiene aproximadamente cuatro veces el diámetro de la Tierra.

AU Mic b fue descubierto por los telescopios espaciales Spitzer y TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA en 2020. Fue detectado con el método de tránsito, lo que significa que los telescopios pueden observar una ligera disminución en el brillo de la estrella cuando el planeta cruza frente a ella.

Las enanas rojas como AU Microscopii son las estrellas más abundantes en nuestra galaxia, la Vía Láctea. Por lo tanto, deberían albergar la mayoría de los planetas de nuestra galaxia. Pero, ¿pueden los planetas que orbitan estrellas enanas rojas como AU Mic b ser hospitalarios para la vida? Un desafío clave es que las enanas rojas jóvenes tienen erupciones estelares feroces que emiten radiación fulminante. Este período de alta actividad dura mucho más que el de estrellas como nuestro Sol.

Las llamaradas están alimentadas por intensos campos magnéticos que se enredan con los movimientos turbulentos de la atmósfera estelar. Cuando el enredo se vuelve demasiado intenso, los campos se rompen y se vuelven a conectar, liberando enormes cantidades de energía que son de 100 a 1000 veces más energéticas que las que nuestro Sol libera en sus arrebatos. Es un espectáculo de fuegos artificiales abrasadores de vientos torrenciales, bengalas y rayos X que destruyen cualquier planeta que orbite cerca de la estrella. "Esto crea un ambiente de viento estelar realmente sin restricciones y francamente aterrador que está impactando la atmósfera del planeta", dijo Rockcliffe.

Bajo estas condiciones tórridas, los planetas que se forman dentro de los primeros 100 millones de años del nacimiento de la estrella deberían experimentar la mayor cantidad de escape atmosférico. Esto podría terminar despojando por completo a un planeta de su atmósfera.

"Queremos averiguar qué tipo de planetas pueden sobrevivir en estos entornos. ¿Cómo se verán finalmente cuando la estrella se estabilice? ¿Y habrá alguna posibilidad de habitabilidad eventualmente, o terminarán siendo simplemente planetas quemados?" dijo Rockcliffe. "¿Eventualmente pierden la mayor parte de sus atmósferas y sus núcleos sobrevivientes se convierten en súper-Tierras? Realmente no sabemos cómo se ven esas composiciones finales porque no tenemos nada así en nuestro sistema solar".

Si bien el resplandor de la estrella impide que el Hubble vea directamente el planeta, el telescopio puede medir los cambios en el brillo aparente de la estrella causados por el hidrógeno que se filtra del planeta y oscurece la luz de la estrella cuando el planeta transita por la estrella. Ese hidrógeno atmosférico se ha calentado hasta el punto en que escapa a la gravedad del planeta.

Los cambios nunca antes vistos en el flujo atmosférico de AU Mic b pueden indicar una variabilidad rápida y extrema en los estallidos de la enana roja anfitriona. Hay tanta variabilidad porque la estrella tiene muchas líneas de campo magnético en movimiento. Una posible explicación de la falta de hidrógeno durante uno de los tránsitos del planeta es que una poderosa llamarada estelar, vista siete horas antes, pudo haber fotoionizado el hidrógeno que escapaba hasta el punto en que se volvió transparente a la luz, por lo que no fue detectable.

Otra explicación es que el propio viento estelar está dando forma al flujo de salida planetario, haciéndolo observable en algunos momentos y no observable en otros momentos, incluso provocando que parte del flujo de salida tenga "hipo" delante del propio planeta. Esto se predice en algunos modelos, como los de John McCann y Ruth Murray-Clay de la Universidad de California en Santa Cruz, pero este es el primer tipo de evidencia observacional de que sucede y en un grado tan extremo, dicen los investigadores.

Las observaciones de seguimiento del Hubble de más tránsitos AU Mic b deberían ofrecer pistas adicionales sobre la extraña variabilidad de la estrella y el planeta, probando aún más los modelos científicos de escape y evolución atmosféricos exoplanetarios.

Rockcliffe es el autor principal del artículo científico publicado en The Astronomical Journal.

El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA. El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore 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, STScI

Contacto con los medios

Ray Villard

Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland

Ciencia Contacto

Keighley Rockcliffe

Universidad de Dartmouth, Hannover, Nuevo Hampshire

Publicado en NASA/Hubble el 3 de agosto del 2023, enlace publicación.