Una selección de exoplanetas que orbitan en la zona habitable alrededor de sus estrellas – donde el agua puede asentarse en forma líquida en la superficie. De izquierda a derecha: Kepler-22b, Kepler-69c, Kepler-452b, Kepler-62f, Kepler-186f y la Tierra.(Crédito de la imagen: NASA/Ames/JPL-Caltech)
A medida que los astrónomos profundizan en la diversidad de mundos que orbitan estrellas lejanas, un nuevo estudio sugiere que comparar poblaciones de exoplanetas jóvenes con otras más antiguas podría revelar pistas vitales sobre cómo se forman, evolucionan y cambian los planetas con el paso del tiempo.
Este enfoque podría, en última instancia, proporcionar respuestas a algunos temas muy debatidos, como la existencia de un «desierto caliente de Neptuno», que se refiere a la extraña escasez de planetas del tamaño de Neptuno en órbitas cercanas alrededor de sus estrellas, y el «valle del radio», una clara brecha entre los planetas con aproximadamente 1,5 y 2 veces el radio de la Tierra.
Observar exoplanetas jóvenes ofrece una oportunidad única para estudiar planetas en su estado primigenio, antes de que sufran los grandes cambios atmosféricos y evolutivos que se observan en las poblaciones más viejas – y gracias a la llegada de sondeos de tránsito de gran campo y alta precisión como los construidos con las misiones Kepler y TESS de la NASA, es posible reunir tales observaciones.
Estas misiones permiten a los astrónomos estudiar con notable detalle exoplanetas que se encuentran a millones, e incluso miles de millones, de años luz, midiendo pequeñas caídas en la luz estelar que se producen cuando los planetas pasan por delante de sus estrellas, desde nuestra perspectiva en el cosmos. Mediante el seguimiento de estas caídas, los astrónomos pueden deducir la presencia de un planeta, su tamaño y la longitud de su órbita.
«Nuestra capacidad para detectar y observar planetas jóvenes suele estar limitada por lo ‘silenciosa’ que sea la estrella anfitriona del planeta», explicó a universeexpedition.com Galen Bergsten, doctorando de la Universidad de Arizona. «Necesitamos detectar señales sutiles que pueden perderse en el ruido. Los planetas jóvenes orbitan estrellas jóvenes, y las estrellas jóvenes tienden a ser muy ruidosas, lo que hace que extraer las señales de sus planetas jóvenes sea aún más difícil.»
«Nuestro análisis se centra en planetas con órbitas cortas [12 días] », explicó a universeexpedition.com Rachel Fernandes, investigadora posdoctoral de la Universidad Estatal de Pensilvania. «Descubrimos que los planetas cambian con el tiempo de dos grandes maneras: se encogen a medida que pierden sus atmósferas y se mueven hacia el interior debido a las interacciones con su estrella».
«Pero 12 días es una pequeña porción de espacio», subraya. «Para entender realmente cómo evolucionan los planetas, necesitamos estudiar tanto los planetas cercanos como los lejanos en diferentes etapas de su vida. Eso podría ayudarnos a averiguar a qué velocidad migran los planetas hacia el interior y a qué velocidad pierden sus atmósferas, dos grandes preguntas para las que aún no tenemos respuestas claras.»
El equipo dividió los sujetos de observación en dos grupos de edad: planetas jóvenes (10 millones – 100 millones de años) y planetas de edad intermedia (100 millones de años a 1.000 millones de años). A continuación, compararon las tasas de aparición de estos planetas utilizando datos del TESS de la NASA, o Transiting Exoplanet Survey Satellite, para la población más joven y de Kepler para la población de mayor edad. En resumen, los científicos observaron una mayor presencia de planetas jóvenes.
«El hecho de que observemos una mayor frecuencia de planetas jóvenes en comparación con los viejos nos indica que los planetas podrían estar reduciéndose», afirmó Bergsten. «En las primeras etapas de la formación y evolución de los planetas, creemos que los planetas pequeños eran muy comunes. Pero con el tiempo se enfrían y pierden sus atmósferas, lo que hace que se encojan a tamaños más pequeños a los que no somos sensibles con la mayoría de los estudios.»
Esto se debe a que estos planetas orbitan estrechamente alrededor de sus estrellas, cuya radiación resultante despoja sus atmósferas. «Esto hace que se encojan con el tiempo», dijo Fernandes, «y explica por qué vemos menos grandes sub-Neptunos alrededor de estrellas más viejas – muchos de ellos simplemente han perdido demasiada de su atmósfera para permanecer del mismo tamaño.»
Estos hallazgos ayudan a arrojar luz sobre el tiempo que tardan los planetas en enfriarse y perder sus atmósferas mediante el seguimiento de cómo cambia su número a lo largo del tiempo. «Hemos observado que la mayor disminución se produce en escalas de tiempo más largas [cientos de millones de años] , lo que podría ayudar a distinguir entre las distintas teorías sobre cómo los planetas se enfrían y pierden sus atmósferas», afirma Bergsten.
El equipo también especula con la posibilidad de que un fenómeno llamado migración mareomotriz influya en la tasa de aparición de planetas de período corto. Se trata del proceso por el que los planetas se acercan gradualmente a su estrella debido a la atracción gravitatoria de ésta. Esto hace que el planeta pierda energía y se desplace en espiral hacia el interior con el tiempo, lo que a menudo provoca que los planetas entren en órbitas mucho más cortas.
«Comprender la migración de marea es importante porque ayuda a explicar cómo y por qué algunos planetas acaban teniendo órbitas tan cortas y qué les ocurre a medida que se desplazan hacia el interior», declaró Fernandes.
Las futuras misiones proporcionarán datos más detallados, permitiendo mejores observaciones de planetas más alejados de sus estrellas y de planetas más pequeños con mayor precisión. El estudio de las estrellas con gran precisión durante períodos más largos podría mejorar nuestra capacidad para detectar y caracterizar planetas jóvenes que orbitan esas estrellas.
«Todo lo que sabemos sobre los planetas procede de los menos de 6.000 que hemos descubierto hasta ahora», afirmó Fernandes. «Pero en las próximas décadas, las misiones de la NASA y la ESA -como Roman, PLATO y Gaia- encontrarán entre decenas y cientos de miles más. Esto nos ayudará a reconstruir la imagen completa de la formación y evolución de los planetas y a situar nuestro propio sistema solar en su contexto».
«Con tantos datos nuevos en el horizonte, las próximas décadas serán increíblemente emocionantes para la investigación de exoplanetas», concluyó.
El estudio del equipo se publicó el 17 de marzo en The Astronomical Journal.
