La estrella destruye la atmósfera de un exoplaneta gigante y deja una enorme cola
Un planeta ubicado a 950 años luz de la Tierra está perdiendo explosivamente su atmósfera y formando una cola aproximadamente 18 veces el tamaño de Júpiter en el proceso. Esto convierte a la cola de gas en una de las estructuras planetarias más grandes vistas fuera del sistema solar.
El exoplaneta, o exoplaneta, conocido como HAT-P-32 b, tiene aproximadamente el 68% de la masa de Júpiter, pero tiene el doble de ancho que el planeta más grande del sistema solar. HAT-P-32 está a sólo 3,2 millones de millas de su estrella madre, o aproximadamente el 3% de la distancia Tierra-Sol, y completa una órbita cada 2,2 días. Esta proximidad significa que el gigante gaseoso está siendo quemado por la radiación de su estrella madre, lo que clasifica a HAT-P-32 b como un «Júpiter caliente».
Los astrónomos han observado la cola de gas de HAT-P-32 b creada a partir del helio arrojado desde su atmósfera utilizando telescopios terrestres, incluido el telescopio Hobby-Eberly de la Universidad de Texas en el Observatorio MacDonald en Austin. «Hemos estado observando este planeta y su estrella anfitriona mediante espectroscopía secuencial a largo plazo, observaciones realizadas de la estrella y el planeta durante dos noches», dice Zhujian Zhang, autor principal del artículo y becario postdoctoral de la UCSD. dijo en un comunicado. «Y lo que encontramos es que hay una enorme cola de gas helio adherida al planeta. Y la cola es grande, aproximadamente 53 veces el radio del planeta, y está compuesta de gas que se escapa del planeta».
Al aprender más sobre cuán caliente Júpiter perdió su atmósfera, un equipo de investigadores espera construir una mejor imagen de la evolución planetaria. Esto podría ayudar a resolver la desconcertante ausencia de cierto tipo de planeta en el catálogo de exoplanetas.
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Usando Júpiter caliente para explorar el ‘desierto caliente de Neptuno’
Desde que se descubrieron los primeros planetas fuera de nuestro sistema solar en la década de 1990, los cazadores de exoplanetas han descubierto más de 5.000 mundos que orbitan alrededor de estrellas distantes y se presentan en una variedad de formas, masas y propiedades. Sin embargo, sigue habiendo un vacío desconcertante en nuestro catálogo de exoplanetas.
Los astrónomos han descubierto una amplia gama de grandes planetas del tamaño de Júpiter que orbitan cerca de sus estrellas y menos, pero todavía un gran número, de pequeños mundos del tamaño de la Tierra cerca de sus padres estelares.
Pero lo que parece faltar son los planetas de tamaño intermedio que orbitan cerca de sus estrellas madre. Los astrónomos se refieren a estos planetas como «Neptuno caliente», en honor al gigante helado del sistema solar de tamaño similar, por lo que la ausencia de tales mundos se denomina «desierto caliente de Neptuno».
Una posible explicación a esta ausencia es que los planetas cercanos a sus estrellas quedan despojados de sus atmósferas y, por tanto, pierden masa.
«Si podemos tomar fotografías de planetas en el proceso de perder su atmósfera, podemos estudiar qué tan rápido un planeta pierde su masa y cuáles son los mecanismos que hacen que su atmósfera se escape del planeta», dijo Zhang. «Es bueno tener algunos ejemplos para ver, como la Operación HAT-P-32 b en acción».
El equipo estudió HAT-P-32 b, descubierto en 2011, observando la luz de su estrella madre, que tiene aproximadamente el mismo tamaño que el Sol y es sólo un poco más caliente que la nuestra. Cuando el caliente Júpiter pasa frente a la estrella, la luz estelar se filtra a través de la atmósfera del planeta.
Debido a que los elementos químicos absorben luz en frecuencias específicas, los astrónomos pueden comparar la luz de las estrellas filtrada a través de la atmósfera con la luz de las estrellas que no lo ha hecho, lo que les ayuda a determinar la composición química de la atmósfera de un planeta. La búsqueda de estas lagunas de absorción se denomina «espectroscopia de transmisión».
La espectroscopia de transmisión de HAT-P-32 b reveló profundas líneas de absorción de helio en la luz de las estrellas a medida que el planeta transita por la estrella.
«La absorción de helio es más fuerte de lo que esperaríamos de la atmósfera de las estrellas. Este exceso de absorción de helio debe ser causado por la atmósfera del planeta», dijo Zhang. «Cuando el planeta pasa, su atmósfera es tan masiva que bloquea parte de la atmósfera que aspira la línea de helio, lo que provoca esta sobreabsorción. Y así descubrimos que HAT-P-32 b es un planeta interesante».
Pero para entenderlo mejor, crearon una simulación 3D de un Júpiter caliente utilizando la supercomputadora Stampede2 del Centro de Computación Avanzada de Texas (TACC). Los modelos informáticos del planeta revelaron que era incluso más interesante de lo que sugerían estas observaciones.
Simulaciones por computadora desarrolladas por el investigador teórico y computacional del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica Morgan MacLeod y sus colegas modelan la interacción entre el flujo de gas del planeta y el viento estelar de su estrella madre.
Esto demostró que la salida planetaria llegó tarde y por delante de HAT-P-32 b en su trayectoria orbital.
El equipo también pudo calcular la tasa de pérdida de masa del planeta y descubrió que se necesitarían 40 mil millones de años para que HAT-P-32 b perdiera toda su atmósfera. Sin embargo, es poco probable que el planeta sobreviva este período; Las estrellas de tipo F, como la estrella anfitriona del planeta, HAT-P-32 A, tienen sólo entre 2 y 4 mil millones de años, después de lo cual agotan el hidrógeno de sus núcleos utilizado en la fusión nuclear.
Esto hace que el núcleo de la estrella colapse y las capas externas se hinchen mientras continúa la fusión nuclear. Esto aumenta el radio de la estrella hasta cien veces, creando una gigante roja. Cuando HAT-P-32A se somete a este proceso, el exoplaneta estará tan cerca que él y su atmósfera restante probablemente serán tragados.
En el futuro, el equipo planea estudiar otros planetas similares a HAT-P-32 b para seguir su evolución. Además, los investigadores detrás del modelo de supercomputadora desarrollarán ahora otras simulaciones complejas de la dinámica de los exoplanetas.
Esto podría proporcionar simulaciones que puedan modelar otros efectos como la mezcla de gases en atmósferas planetarias e incluso cómo los vientos se mueven a través de las atmósferas de planetas a cientos o incluso miles de años luz de la Tierra, demasiado lejos para detectar estos efectos con los telescopios actuales. .
«Ahora es el momento de tener supercomputadoras con el poder computacional para hacerlo realidad», concluyó Zhang. «Necesitamos computadoras para hacer predicciones verdaderas basadas en avances recientes en teoría e interpretación de datos. Las supercomputadoras unen el modelo y los datos».
La investigación del equipo se publica en la revista. La ciencia avanza.
