Los científicos que utilizan el Telescopio Espacial Hubble de la NASA han encontrado evidencia de que un planeta que orbita una estrella distante que puede haber perdido su atmósfera, pero ganó una segunda a través de la actividad volcánica.
En la foto se muestra la región alrededor de la estrella anfitriona del exoplaneta GJ 1132 b.Crédito:ESA/Hubble, Digitized Sky Survey 2.Agradecimiento: Davide De Martin
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Se supone que el planeta, GJ 1132 b, comenzó como un mundo gaseoso con una gruesa capa de hidrógeno de atmósfera. Comenzando en varias veces el diámetro de la Tierra, se cree que este llamado “sub-Neptuno” ha perdido rápidamente su atmósfera primordial de hidrógeno y helio debido a la intensa radiación de la estrella joven y caliente que orbita. En un corto período de tiempo, tal planeta sería reducido a un núcleo desnudo del tamaño de la Tierra. Fue entonces cuando las cosas se pusieron interesantes.
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Para sorpresa de los astrónomos, Hubble observó una atmósfera que, según su teoría, es una “atmósfera secundaria” que está presente ahora. Basado en una combinación de evidencia observacional directa e inferencia a través de modelos informáticos, el equipo informa que la atmósfera consiste en hidrógeno molecular, cianuro de hidrógeno, metano y también contiene una neblina de aerosol. El modelado sugiere que la neblina de aerosol se basa en hidrocarburos producidos fotoquímicamente, similar al smog en la Tierra.
Los científicos interpretan el hidrógeno atmosférico actual en GJ 1132 b como hidrógeno de la atmósfera original que fue absorbido por el manto magna fundido del planeta y ahora se libera lentamente a través de procesos volcánicos para formar una nueva atmósfera. Se cree que la atmósfera que vemos hoy en día se repone continuamente para equilibrar el hidrógeno que escapa al espacio.
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“Es súper emocionante porque creemos que la atmósfera que vemos ahora se regeneró, por lo que podría ser una atmósfera secundaria”, dijo la coautora del estudio Raissa Estrela del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en Pasadena, California. “Primero pensamos que estos planetas altamente irradiados podrían ser bastante aburridos porque creíamos que perdían sus atmósferas. Pero observamos las observaciones existentes de este planeta con el Hubble y dijimos: ‘Oh, no, hay una atmósfera allí’.
El exoplaneta rocoso GJ 1132 b, similar en tamaño y densidad a la Tierra, posee una atmósfera nebulosa formada por gases volcánicos. Los científicos dicen que GJ 1132 b, que orbita una estrella enana roja a unos 41 años luz de distancia, tiene algunas características en común con los mundos de nuestro propio sistema solar, así como grandes diferencias. Su apariencia nebulosa podría compararse con Titán, la luna más grande de Saturno, la única luna del sistema solar con una atmósfera sustancial, aunque Titán es mucho más fría. Nuestra propia Tierra podría haber tenido una apariencia tan nebulosa al principio de su historia, aunque a diferencia de la Tierra, el nuevo planeta es demasiado caliente para ser habitable. Y GJ 1132 b probablemente tiene una “atmósfera secundaria”, creada por la actividad volcánica después de que su primera atmósfera de hidrógeno-helio fuera despojada por la radiación de su estrella. Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech/Lizbeth B. De La Torre
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Los hallazgos podrían tener implicaciones para otros exoplanetas, planetas más allá de nuestro sistema solar.
“¿Cuántos planetas terrestres no comienzan como terrestres? Algunos pueden comenzar como sub-Neptunos, y se convierten en terrestres a través de un mecanismo que fotoevapora la atmósfera primordial. Este proceso funciona temprano en la vida de un planeta, cuando la estrella está más caliente”, dijo el autor principal Mark Swain del JPL. “Entonces la estrella se enfría y el planeta está sentado allí. Así que tienes este mecanismo en el que puedes 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 mantenerla”.
Esta imagen es una impresión artística del exoplaneta GJ 1132 b. Crédito:NASA, ESA y R. Hurt (IPAC/Caltech)
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De alguna manera, GJ 1132 b, ubicado a unos 41 años luz de la Tierra, tiene paralelos tentadores con la Tierra, pero de alguna manera es muy diferente. Ambos tienen densidades similares, tamaños similares y edades similares, con unos 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 b y la Tierra tienen una presión atmosférica similar en la superficie.
Pero los planetas tienen historias de formación profundamente diferentes. No se cree que la Tierra sea el núcleo sobreviviente de un sub-Neptuno. Y la Tierra orbita a una distancia cómoda de nuestro Sol. GJ 1132 b está tan cerca de su estrella enana roja que completa una órbita alrededor de su estrella anfitriona una vez al día y medio. Esta proximidad extremadamente cercana mantiene a GJ 1132 b bloqueado por marea, 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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“La pregunta es, ¿qué es lo que mantiene el manto lo suficientemente caliente como para permanecer líquido y alimentar el vulcanismo?”, Preguntó Swain. “Este sistema es especial porque tiene la oportunidad de una gran cantidad de calentamiento de marea”.
El calentamiento de las mareas es un fenómeno que ocurre a través de la fricción, cuando la energía de la órbita y la rotación de un planeta se dispersa como calor dentro del planeta. GJ 1132 b está 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 tira gravitacionalmente del planeta.
Las consecuencias son que el planeta es exprimido o estirado a través de este “bombeo” gravitacional. Ese calentamiento de marea mantiene el manto líquido durante mucho tiempo. Un ejemplo cercano en nuestro propio sistema solar es la luna de Júpiter, Io, que tiene actividad volcánica continua debido a un tira y afloja de marea de Júpiter y las lunas jovianas vecinas.
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Dado el interior caliente de GJ 1132 b, el equipo cree que la corteza más fría y superpuesta del planeta es extremadamente delgada, tal vez solo cientos de pies de espesor. Eso es demasiado débil para soportar algo parecido a las montañas volcánicas. Su terreno plano también puede agrietarse como una cáscara de huevo debido a la flexión de las mareas. El hidrógeno y otros gases podrían liberarse a través de tales grietas.
El próximo Telescopio Espacial James Webb de la NASA tiene la capacidad de observar este exoplaneta. La visión infrarroja de Webb puede permitir a los científicos ver hasta la superficie del planeta. “Si hay piscinas de magma o vulcanismo, esas áreas serán más calientes”, explicó Swain. “Eso generará más emisiones, por lo que analizarán potencialmente la actividad geológica real, ¡lo cual es emocionante!” Los hallazgos del equipo se publican en The Astronomical Journal.
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