El desierto de exo-Neptunos

Datos del artículo científico del que hablaremos en este astrobito:

• Título: Mapping the exo-Neptunian landscape. A ridge between the desert and savanna
• Autoría: A. Castro Gonzalez, V. Bourrier, J. Lillo-Box, J. B. Delise, D. J. Armstrong, D. Barrado, A.C. Correia
• Institución de la primer autor: Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, España
• Estado: Acceso abierto en Astronomy & Astrophysics

Una de las actividades más apasionantes de la astronomía moderna es comprender cómo se forman y evolucionan los planetas. En particular, la investigación de exoplanetas se ha centrado en estudiar planetas que orbitan cerca de sus estrellas, en 30 días o menos. Entre estos planetas, la comunidad astronómica ha descubierto un patrón intrigante: una misteriosa ausencia de planetas del tamaño de Neptuno en órbitas cercanas a sus estrellas, un fenómeno conocido como el “desierto neptuniano”. Este descubrimiento plantea una pregunta tentadora: ¿por qué los planetas neptunianos son escasos en estas regiones y qué procesos dan forma a su existencia?

Dos procesos, un desierto

El principal sospechoso detrás de este enigma es el escape atmosférico. Se cree que muchos exoplanetas, especialmente aquellos del tamaño de Neptuno, pierden sus atmósferas cuando orbitan demasiado cerca de sus estrellas. A medida que la intensa radiación estelar calienta la atmósfera del planeta, esta gradualmente se escapa al espacio, erosionando la envoltura gaseosa del planeta. Se cree que este proceso, con el tiempo, reduce los planetas similares a Neptuno a mundos rocosos más pequeños, explicando su escasez en sondeos astronómicos actuales (Figura 1).

Pero el escape atmosférico no es el único protagonista de esta historia. La migración de planetas (el movimiento de los planetas desde sus lugares de formación originales) también juega un papel importante. La teoría de la acreción central de la formación de planetas predice que los planetas grandes como los gigantes gaseosos (por ejemplo, los planetas similares a Júpiter) se forman lejos de sus estrellas, donde las temperaturas más frías permiten que los gases se condensen. Sin embargo, después de formarse, los planetas pueden migrar hacia adentro debido a fuertes interacciones planeta-estrella que cambian la órbita del planeta, haciéndola más pequeña y circular con el tiempo (Figura 1). Este proceso se conoce como migración de alta excentricidad (o HEM por sus siglas en inglés).

Se cree que la migración de alta excentricidad es un factor clave para acercar planetas del tamaño de Júpiter a sus estrellas. Sin embargo, rastrear la historia de la migración de planetas del tamaño de Neptuno ha resultado ser más desafiante. Comprender la migración y evolución de estos planetas requiere algo más que teoría: exige una observación exhaustiva.

¿Y los exo-Neptunos?

Los exoplanetas se pueden clasificar en tres grupos principales según su tamaño: planetas pequeños (sub-neptunos), planetas del tamaño de Neptuno y gigantes gaseosos (planetas del tamaño de Júpiter). Al estudiar la presencia de estos planetas a lo largo de varias distancias orbitales, utilizando sondeos astronómicos a gran escala como los proporcionados por la misión espacial Kepler, el equipo detrás de este artículo ha descubierto algunas tendencias interesantes. Para los planetas del tamaño de Neptuno, el “desierto” se encuentra en períodos inferiores a 3,2 días, seguidos de un fuerte aumento en su aparición más allá de los 3,2 días. Esta brusca transición marca el límite entre el desierto neptuniano y la sabana (una región donde los planetas del tamaño de Neptuno son más abundantes) e incluso revela una nueva característica: la “cordillera o cadena neptuniana”, donde los planetas del tamaño de Neptuno son ligeramente más comunes (Figura 2).

Curiosamente, existe un patrón similar en el caso de los gigantes gaseosos. Los gigantes gaseosos exhiben lo que se conoce como el “estrecho de Júpiter calientes”, donde muchos planetas del tamaño de Júpiter se encuentran en órbitas cercanas a sus estrellas (parte superior en la Figura 3). Sin embargo, si bien el estrecho es una característica destacada en los Júpiter calientes, este no cae tan bruscamente en un desierto como lo hace la cadena neptuniana. Por el contrario, los planetas sub-neptunianos se distribuyen de manera uniforme en diferentes períodos orbitales. Esta diferencia resalta lo diferente que han sido los caminos evolutivos para estos dos tipos de exoplanetas.

El papel de la migración y la evaporación

La existencia de la cordillera y la sabana de Neptunos en los sistemas extrasolares ofrecen pistas sobre las fuerzas que dan forma a las órbitas planetarias. Se cree que los procesos migratorios, en particular la migración de alta excentricidad, acercan los planetas neptunianos a sus estrellas, donde entran en la cordillera. Estos planetas, recién llegados a la cordillera, pueden tener todavía órbitas moderadamente ovaladas, lo que sugiere que su migración es reciente. Mientras tanto, los gigantes gaseosos como los Júpiter calientes, que son más resistentes a la erosión atmosférica, a menudo terminan en órbitas circulares debido a una mayor interacción estrella-planeta.

Para los exo-Neptunos, sin embargo, la historia es más compleja. Muchos de los exoplanetas neptunianos observados en la cordillera todavía están experimentando importantes escapes atmosféricos. Esto significa que, si bien algunos Neptunos sobreviven a su migración, otros pueden perder sus atmósferas y transformarse en planetas rocosos más pequeños, lo que contribuye a la escasez de exo-Neptunos cerca de sus estrellas.

Más observaciones!

A medida que la comunidad astronómica continúe observando más exoplanetas y perfeccionando sus modelos, los límites del desierto y la sabana neptunianos se volverán más claros. Comprender cómo evolucionan los planetas en diferentes regiones del universo no sólo profundizará nuestro conocimiento de los exoplanetas sino que también proporcionará nuevas pistas sobre la historia y el futuro de nuestro propio sistema solar.