El desierto de las supertierras calientes

Por Daniel Marín, el 22 abril, 2016. Categoría(s): Astronomía • Exoplanetas ✎ 13

A estas alturas todos conocemos los jupíteres calientes: exoplanetas gigantes que se encuentran a una distancia muy pequeña de su estrella. Por supuesto, también hay saturnos y neptunos calientes, ¿pero qué hay de las supertierras calientes? Pues la respuesta es un pequeño misterio. Para entenderlo, mira primero la siguiente imagen:

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El tamaño de exoplanetas (eje y) en función de la distancia normalizada a su estrella (eje x) (Lundkvist et al.).

En el eje x se representa el flujo luminoso incidente, o sea la distancia normalizada a la estrella. En el eje y tenemos el radio de exoplanetas descubiertos. Vemos que existen pocos planetas cercanos a su estrella con un tamaño por debajo de 2,2 radios terrestres y por encima de los 3,8 radios, pero lo sorprendente es que no hay ninguno entre esos dos parámetros (la zona gris en la imagen). Extraño, ¿no? Bienvenidos al desierto de las supertierras calientes.

¿Qué está pasando aquí? Los modelos teóricos —y alguna que otra evidencia empírica— nos dicen que los exoplanetas por debajo de los 1,6 o 1,8 radios terrestres deben tener una composición principalmente rocosa. Neptuno tiene un radio de 3,8 veces el de la Tierra, así que es de esperar que los mundos con tamaños similares o superiores sean gigantes gaseosos con atmósferas muy densas. ¿Y los mundos qué están en medio? Bueno, eso depende a quién preguntes. La mayoría de modelos predicen que estos planetas, aunque técnicamente son supertierras, en realidad serían minineptunos, o sea, mundos con un interior comparable al de un planeta rocoso pero con una atmósfera densa como Neptuno. Otros modelos no lo tienen tan claro y sugieren mundos con superficies rocosas y atmósferas de diversa densidad. Por supuesto, varios de estos modelos podrían ser correctos sin que se excluyesen mutuamente, pero lo que nos importa ahora es saber cuál es el más frecuente.

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Modelo simplificado de un minineptuno (G. Marcy).

Ahora bien, si el modelo de los minineptunos fuese el más común, ¿qué pasaría con los minineptunos si estuviesen muy cerca de su estrella? En el caso de los gigantes gaseosos calientes, la mayoría posee un campo gravitatorio lo suficientemente intenso como para evitar que la mayor parte de la atmósfera se escape al espacio. Los planetas de tamaño terrestre y pequeñas supertierras perderían sus atmósferas por estar tan cerca de su estrella, pero al ser estas atmósferas relativamente tenues su radio permanecería básicamente igual y no se debería notar en las observaciones.

Y así llegamos a los minineptunos, planetas con atmósferas densas pero con un campo gravitatorio relativamente débil. Al estar en órbitas muy cercanas alrededor de sus estrellas, los minineptunos calientes —básicamente aquellos con periodos inferiores a 2,5 días— verían evaporarse sus atmósferas por acción de los vientos estelares y la altísima temperatura, dejando atrás un núcleo sólido del tamaño de la Tierra o inferior. Los datos se ajustan a esta hipótesis, ya que como podemos ver en la imagen que abre esta entrada las observaciones apuntan a un exceso de planetas calientes de tamaño de la Tierra por debajo de los 2,2 radios terrestres. Este exceso sería debido precisamente a la población de minineptunos cuya atmósfera ha sido arrancada por sus estrellas.

Por lo tanto, la existencia del desierto de las supertierras calientes —también conocido como la ‘pampa subjoviana’ o el ‘desierto subjoviano’— nos indica que, dejando a un lado las obvias limitaciones debidas a la falta de datos o a los errores de los mismos, el modelo de minineptunos para supertierras de 2,2 a 3,8 radios terrestres es básicamente correcto. Hasta ahora este desierto era objeto de controversia, pero el análisis de los resultados de astrosismología del telescopio espacial Kepler apuntan a que existe realmente y no es un artificio de las observaciones. Vamos, que los minineptunos son reales y no les gustan las altas temperaturas.

 Referencias:



13 Comentarios

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    1. Terrestre. Salvo que el planeta retenga hidrógeno y helio, no es un gigante gaseoso. Ten en cuenta que la mayor parte de la materia disponible cuando los planetas se forman está formada por hidrógeno y helio, así que únicamente se llega a “gigante” si el planetesimal llega a ser lo bastante grande como para, por gravedad, ser capaz de capturar H2 y He.

    1. Creo que no es exactamente eso lo que se explica en la entrada. Hablan de planetas mayores a la tierra cuyas densas atmósferas han sido erosionadas, quedando un núcleo desnudo de un tamaño similar a la tierra o inferior. Creo que no aplicaría a la tierra ya que la misma posee un interior diferenciado, incluyendo su propio núcleo.

    2. Entiendo que no. Además la Tierra no se formó de la escisión o fisión de un cuerpo mayor, al revés, fue acretando materia por coalescencia o por colisiones a lo bruto con planetesimales de tamaño respetable. Ten en cuenta que las masas combinadas de los cuatro planetas telúricos internos no dan para un minineptuno (no llegan ni a 2 masas terrestres con la Luna, la Tierra tiene más masa que todos los demás juntos).

      A saber si el minineptuno será el Planet 9 from Inner Space…

  2. Si estos cuerpos fueron mini Neptunos con interiores diferenciados que perdieron toda su atmosfera. ¿Entoces, muchos de ellos podrian ser ahora planetas rocosos con superficies cubiertas por diamantes?

    1. No.

      Las cortezas (de materia en estado sólido) por lo que vamos sabiendo son capas muy delgadas en comparación con el grueso del planeta, y tanto más delgadas cuanto mayor es el campo gravitatorio del planeta (que suele ir más o menos correlado con el volumen). Si a esos planetas les retiras la atmósfera, como mínimo la presión que había en la interfase entre las capas más profundas de la atmósfera y las más próximas a la superficie de lo que no era atmósfera (lo que va a ser superficie cuando se vaya la atmósfera) va a caer de forma crítica, probablemente permitiendo que toda esa interfase se rehaga por completo. Es decir, que seguramente se formaría una corteza nueva (pues porque la caída de presión permitiría aflorar volátiles o fluídos hasta ahora contenidos por la presión, además tan cerca de una estrella ni te cuento). No puedes retirar tanta masa (por más que sea un bajo porcentaje) sin que cambie el equilibrio por completo.

  3. Tiene pinta de que si…pero se necesitan telescopios mucho mas potentes que con suerte podrian venir en las proximas decadas.Creo que podemos estar en lo cierto sobre los mini-neptunos pero como siempre a estas enormes distancias no hay nada 100 % seguro hasta que se inventen telescopios a dia de hoy inimaginablemente inmensos.

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