Ilustración artística del exoplaneta WASP-107b, cuya atmósfera está siendo despojada por la radiación de su estrella anfitriona
Ciencia
Un hallazgo español revela el engañoso comportamiento de las atmósferas de otros planetas
El estudio, publicado recientemente en The Astrophysical Journal, muestra que el gas que escapa de un exoplaneta puede tener una composición muy diferente a la de las capas más profundas de su atmósfera
Los exoplanetas que orbitan muy cerca de sus estrellas están sometidos a una intensa radiación que puede calentar y expandir sus atmósferas hasta provocar la pérdida de grandes cantidades de gas hacia el espacio. Estos flujos, conocidos como vientos planetarios, ofrecen una oportunidad única para estudiar cómo evolucionan las atmósferas de otros mundos.
Sin embargo, un nuevo estudio del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), publicado recientemente en The Astrophysical Journal, demuestra que la composición del gas que escapa de un planeta puede ser diferente de la que presenta su atmósfera. En concreto, el trabajo, realizado por los investigadores del IAA-CSIC Leonardos Gkouvelis y Francisco J. Pozuelos, revela que un planeta con una atmósfera rica en hidrógeno y helio puede producir un viento planetario en el que este último sea mucho menos abundante.
«Aunque actualmente no observamos fenómenos de esta magnitud en los planetas del Sistema Solar, el escape atmosférico pudo desempeñar un papel fundamental durante las primeras etapas de evolución de los planetas», explica Leonardos Gkouvelis, coautor del estudio e investigador del IAA-CSIC contratado en el marco del programa Severo Ochoa.
Representación artística del exoplaneta HAT-P-11b con su extensa atmósfera de helio
Helio: ¿la señal definitiva?
El helio se ha convertido en una de las principales herramientas para estudiar los vientos planetarios. En las capas superiores de la atmósfera, este elemento produce una señal que puede detectarse desde la Tierra y que permite identificar el gas que escapa del planeta. Instrumentos de alta resolución como CARMENES, instalado en el Observatorio de Calar Alto (CAHA), han permitido aprovechar esta señal para estudiar con detalle las atmósferas en proceso de escape y comprender mejor cómo pierden gas hacia el espacio.
«Hasta ahora, estos resultados se habían interpretado como una posible señal de que algunos planetas habían perdido helio durante su evolución y que sus atmósferas eran, en conjunto, más pobres en este elemento», señala Francisco J. Pozuelos, investigador del IAA-CSIC y coautor del estudio.
El nuevo estudio del IAA-CSIC plantea una alternativa: el planeta puede conservar el helio en las capas más profundas de su atmósfera, pero solo una pequeña parte consigue llegar a las regiones superiores y escapar al espacio.
Concepto artístico de un exoplaneta envuelto en helio
La clave está en el viaje que realiza el gas desde el interior de la atmósfera hasta las capas desde las que comienza a escapar al espacio.
Cuando el gas asciende con suficiente intensidad, el hidrógeno y el helio se mueven juntos y el viento conserva una composición similar a la de la atmósfera de la que procede. Pero si el transporte es más débil, el hidrógeno, al ser más ligero, puede ascender con mayor facilidad, mientras que el helio queda progresivamente retenido en las capas inferiores. El resultado es un viento en el que la proporción de helio puede ser mucho menor que la que existe en la atmósfera del planeta.
«Tendemos a interpretar la composición del material que escapa como una ventana hacia la atmósfera del planeta, pero nuestro trabajo muestra que esa ventana puede estar filtrada: un viento pobre en helio no significa necesariamente que el planeta sea pobre en helio», afirma Gkouvelis (IAA-CSIC).
Para cuantificar este proceso, los investigadores han desarrollado una teoría analítica que permite calcular cuánto helio consigue llegar hasta la base del viento planetario. El modelo incluye un factor de retención que indica qué fracción del helio presente en las capas más profundas de la atmósfera alcanza las regiones desde las que comienza el escape.
Al aplicar el modelo a una muestra de doce exoplanetas con observaciones de helio, los investigadores encuentran situaciones muy diferentes: en algunos, prácticamente todo el helio logra llegar al viento, mientras que en otros solo una pequeña parte lo consigue.
Según el estudio, este mecanismo puede hacer que la cantidad de helio que llega al viento sea más de cien veces mayor en unos planetas que en otros, incluso cuando sus atmósferas conservan una composición rica en hidrógeno y helio.
El trabajo establece así una conexión entre las capas profundas de un exoplaneta y las regiones superiores donde su atmósfera interactúa con la radiación de la estrella y comienza a escapar.