Planetas inchados perdem sua atmosfera e se tornam super-Terras

Os astrônomos identificaram duas instâncias diferentes de “mini-Netunos” perdendo suas atmosferas inchadas e potencialmente se tornando super-Terras. A radiação das estrelas planetárias desnuda sua atmosfera, forçando o gás quente a escapar como vapor de uma panela de água fervente.

Os resultados foram publicados em dois artigos separados em Jornal astronômico, ajude a pintar um quadro de como mundos estranhos como esses se formam e evoluem.

Mini-Netunos são uma classe de exoplanetas, que são planetas órbita estrelas fora do nosso sistema solar. Esses mundos, que são versões menores e mais densas do planeta Netuno, consistem em grandes núcleos rochosos cercados por espessas mantas de gás. Nos novos estudos, uma equipe de astrônomos liderada pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia usou o Observatório WM Keck no topo de Maunakea, no Havaí, para estudar um dos dois planetas menores de Netuno no sistema estelar chamado TOI 560, localizado a 103 anos-luz de distância; Eles usaram o Telescópio Espacial Hubble da NASA para observar dois pequenos Netunos orbitando HD 63433, localizados a 73 anos-luz de distância.

Seus resultados mostram que gás atmosférico Ele escapa do mini-Netuno mais interno em TOI 560, denominado TOI 560.01, e do mini-Netuno mais interno em HD 63433, denominado HD 63433 c. Isso sugere que eles podem se transformar em planetas superterrestres.

“A maioria dos astrônomos suspeitava que os pequeninos Netunos deviam ter atmosferas vaporizadas”, diz Michael Zhang, principal autor de ambos os estudos e estudante de pós-graduação do Instituto de Tecnologia da Califórnia. “Mas ninguém nunca pegou ninguém fazendo isso até agora.”

O estudo também descobriu, surpreendentemente, que o gás ao redor do TOI 560.01 estava escapando principalmente em direção à estrela.

“Isso foi inesperado, pois a maioria dos modelos prevê que o gás deve fluir para longe da estrela”, diz a professora de ciências planetárias Heather Knutson, conselheira de Chang e coautora do estudo. “Ainda temos muito a aprender sobre como esses fluxos funcionam na prática.”

A lacuna planetária explicada

Desde o começo planetas exteriores Estrelas girando em torno do Sol foram descobertas em meados da década de 1990, e milhares de outras estrelas foram encontradas. Muitos deles orbitam perto de suas estrelas, e as órbitas rochosas menores são geralmente divididas em dois grupos: o pequeno Netuno e a super-Terra. Não há planetas desse tipo em nosso sistema solar. Os super planetas são 1,6 vezes o tamanho da Terra (e às vezes 1,75 vezes o tamanho da Terra), enquanto os Netunos em miniatura têm entre duas e quatro vezes o tamanho da Terra. Poucos planetas de tamanho entre esses dois tipos de planetas foram descobertos.

Uma possível explicação para essa lacuna é que Netunos em miniatura estão se transformando em super-Terras. Supõe-se que os Mini-Netunos sejam cobertos por atmosferas primitivas feitas de hidrogênio e hélio. Hidrogênio e hélio são sobras da formação da estrela central, que nasce de nuvens de gás. Se Netuno fosse pequeno o suficiente e próximo o suficiente de sua estrela, os raios X estelares e os raios ultravioleta poderiam varrer sua atmosfera primordial ao longo de centenas de milhões de anos, teorizam os cientistas. Isso deixaria para trás uma super-Terra rochosa de raio muito menor, que, em teoria, poderia conter uma atmosfera relativamente fina semelhante à do nosso planeta.

“Um planeta na lacuna teria atmosfera suficiente para amplificar seu raio, fazendo com que interceptasse mais radiação estelar e, assim, resultaria em uma rápida perda de massa”, diz Chang. “Mas a atmosfera é fina o suficiente para se perder rapidamente. É por isso que o planeta não vai ficar na brecha por muito tempo.”

Outros cenários podem explicar a lacuna, de acordo com os astrônomos. Por exemplo, planetas pequenos e rochosos podem nunca ter coletado uma atmosfera de gás em primeiro lugar, e pequenos Netunos podem ser mundos aquáticos e não cobertos de gás hidrogênio. Esta recente descoberta de dois mini-Netunos com sua atmosfera escapando representa a primeira evidência direta para apoiar a teoria de que mini-Netunos estão realmente se transformando em uma super-Terra.

Assinaturas à luz do sol

Os astrônomos foram capazes de detectar a atmosfera escapada observando a interseção do jovem Netuno na frente ou transitando por suas estrelas hospedeiras. Os planetas não podem ser vistos diretamente, mas quando passam na frente deles estrelas Do nosso ponto de vista na Terra, os telescópios podem procurar a absorção da luz das estrelas pelos átomos nas atmosferas dos planetas. No caso do mini Neptune TOI 560.01, os pesquisadores encontraram impressões digitais de hélio. Para o sistema estelar HD 63433, a equipe encontrou impressões digitais de hidrogênio no planeta externo que estudaram, chamado HD 63433 c, mas não no planeta interno, HD 63433 b.

“O planeta interior pode já ter perdido sua atmosfera”, explica Chang.

A velocidade dos gases fornece evidências de que a atmosfera está escapando. O hélio observado está se movendo em torno do TOI 560.01 a uma velocidade de 20 quilômetros por segundo, enquanto se move hidrogênio O HD 63433 c se move a uma velocidade de até 50 quilômetros por segundo. A atração gravitacional deste minúsculo Netuno não é forte o suficiente para conter um gás tão rápido. A extensão dos fluxos ao redor dos planetas também indica fuga atmosférica: um casulo de gás em torno de TOI 560.01 é pelo menos 3,5 vezes maior que o raio do planeta, e um casulo em torno de HD 63433 c é pelo menos 12 vezes o raio de um planeta.

As observações também revelaram que o gás perdido do TOI 560.01 estava fluindo em direção à estrela. Outras observações futuras da miniatura de Netuno devem revelar se o TOI 560.01 é uma anomalia ou se uma saída de movimento para dentro é mais comum.

“Como exoplanetologistas, fomos ensinados a esperar o inesperado”, diz Knutson. “Esses mundos alienígenas estão constantemente nos surpreendendo com novas físicas além do que observamos em nosso próprio sistema solar”.