Un planeta situado a 950 años luz de la Tierra pierde explosivamente su atmósfera y forma una cola de aproximadamente 18 veces el tamaño de Júpiter. Esto convierte a la cola de gas en una de las estructuras planetarias más grandes vistas fuera del sistema solar.
El planeta extrasolar, o exoplaneta, conocido como HAT-P-32 b, tiene aproximadamente el 68% de la masa de Júpiter, pero es dos veces más ancho que el planeta más grande del sistema solar. HAT-P-32 se encuentra a sólo 3,2 millones de millas de su estrella madre, o aproximadamente el 3% de la distancia entre la Tierra y el Sol, y completa su 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 observaron la cola de gas de HAT-P-32 b creada a partir del helio que fluye desde su atmósfera utilizando telescopios de la Tierra, incluido el Telescopio Hobby-Eberly de la Universidad de Texas en el Observatorio McDonald en Austin. «Observamos este planeta y su estrella anfitriona mediante espectroscopía secuencial a largo plazo, y se realizaron observaciones de la estrella y el planeta en el transcurso de dos noches», dice el autor principal del artículo y becario postdoctoral en UC Santa Cruz, Zhujian Zhang. Dijo en un comunicado. «Y lo que encontramos es que hay una enorme cola de gas helio adherida al planeta. La cola es grande – aproximadamente 53 veces el radio del planeta – y está compuesta de gas que escapa del planeta».
Al aprender más sobre cómo Júpiter caliente pierde 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 el caliente Júpiter para explorar el ‘desierto caliente’ de Neptuno
Desde que se descubrieron los primeros planetas fuera del sistema solar en la década de 1990, los cazadores de exoplanetas han descubierto más de 5.000 mundos que orbitan estrellas distantes y se presentan en una variedad de formas, masas y características. Sin embargo, sigue habiendo un vacío desconcertante en nuestro catálogo de exoplanetas.
Los astrónomos han descubierto una amplia gama de planetas grandes del tamaño de Júpiter que orbitan cerca de sus estrellas y menos, pero todavía hay una gran cantidad de mundos pequeños del tamaño de la Tierra cerca de sus padres estelares.
Pero lo que parece faltar son planetas de tamaño mediano que orbitan cerca de sus estrellas madre. Los astrónomos se refieren a estos planetas como «Neptuno caliente», en honor al gigante de hielo de tamaño similar del sistema solar, por lo que la ausencia de tales mundos se denomina «desierto de Neptuno caliente».
Una posible explicación a esta ausencia es que los planetas cercanos a sus estrellas quedan despojados de su atmósfera 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 está perdiendo masa y qué mecanismos hacen que su atmósfera se escape del planeta», explicó 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 proveniente de su estrella madre, que tiene aproximadamente el mismo tamaño que el Sol y un poco más caliente que nuestra estrella. 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 que se ha filtrado 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 brechas de absorción se llama espectroscopia de transmisión.
La espectroscopía de transmisión de HAT-P-32 b reveló profundas líneas de absorción de helio en la luz de las estrellas cuando el planeta cruza la estrella.
«La absorción de helio es más fuerte de lo que esperamos de la atmósfera estelar. 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 está absorbiendo la línea de helio, y eso causa este exceso de absorción. 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 han revelado que es incluso más interesante de lo que sugerían estas observaciones.
Las simulaciones por computadora desarrolladas por el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica para el investigador teórico y computacional Morgan McLeod y sus colegas han modelado la interacción entre el flujo de gas del planeta y el viento estelar de su estrella madre.
Esto demostró que el flujo exoplanetario estaba tanto detrás como 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 completamente su atmósfera. Sin embargo, es poco probable que el planeta sobreviva tanto tiempo; 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 para la fusión nuclear.
Esto hace que el núcleo de la estrella colapse y las capas externas se hinchen mientras la fusión nuclear aún está en curso. Esto aumenta el radio de la estrella hasta cien veces, creando la gigante roja. Cuando HAT-P-32 A se somete a este proceso, el exoplaneta estará tan cerca de él que probablemente él y su atmósfera restante serán tragados.
En el futuro, el equipo pretende 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 exoplanetaria.
Esto podría proporcionar simulaciones que podrían modelar otros efectos como la mezcla de gases en las 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 observar estos efectos con los telescopios actuales. . .
«Es hora de tener supercomputadoras con el poder computacional para hacer que esto suceda», concluyó Zhang. «Necesitamos computadoras para hacer predicciones reales basadas en avances recientes en teoría e interpretación de datos. Las supercomputadoras conectan modelos y datos».
La investigación del equipo se publica en la revista. Avance de la ciencia.
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