El exoplaneta Kepler-1520b está tan cerca de su estrella anfitriona que completa una órbita en poco más de medio día. En esta proximidad, Kepler-1520b está bloqueado por la marea en una estabilidad gravitacional, manteniendo la mitad del planeta mirando hacia la estrella y la otra mitad mirando hacia otro lado en todo momento. Desafortunadamente para Kepler-1520b, este arreglo convierte el lado del planeta que mira hacia las estrellas en una masa agitada de rocas fundidas y mares de magma, que hierve lentamente en el espacio.
Aunque Kepler-1520b no es largo para esta galaxia, los astrónomos están ansiosos por aprender más sobre el mundo en desintegración, ubicado a unos 2.000 años luz de la Tierra. La cola de polvo y escombros de los planetas podría proporcionar información sobre el proceso de formación fundamental de todos los planetas de la galaxia. Los nuevos telescopios, como el Telescopio Espacial James Webb de la NASA programado para su lanzamiento en 2021, pueden sondear la nube detrás de Kepler-1520b y otros dos mundos que se desintegran lentamente.
"La composición en un sistema de exoplanetas podría ser sustancialmente diferente del sistema solar", dice Eva Bodman, investigadora de exoplanetas de la Universidad Estatal de Arizona. A medida que se descubren más y más exoplanetas, los astrónomos se sorprenden de lo único que se ve nuestro sistema solar desde otros planetas que orbitan otras estrellas. Bodman se propuso determinar si era posible medir la composición de un exoplaneta pequeño, rocoso y en desintegración estudiando los escombros que viajaban a su paso. Pero había un problema.
Detectar la huella digital de elementos rocosos requiere estudiar los mundos en infrarrojo. Los telescopios terrestres no son lo suficientemente sensibles como para detectarlos, dejando solo el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA que se retira pronto y SOFIA, un telescopio que se transporta sobre la atmósfera a bordo de un Boeing 747. Ninguno de los instrumentos tiene el alcance para buscar el material rocoso, Bodman dice. Pero James Webb, diseñado para estudiar exoplanetas en infrarrojo, así como galaxias antiguas y los objetos más distantes del universo, debería poder mirar a través de las nubes de escombros e identificar algunos de sus ingredientes.
El telescopio espacial James Webb, programado para su lanzamiento en 2021, podría ser lo suficientemente poderoso como para medir las composiciones interiores de exoplanetas rocosos cuando sus estrellas las destrozan. (NASA) "Webb podría medir la abundancia relativa de diferentes minerales", dice Bodman. "A partir de eso, podemos inferir que la geoquímica del interior de estos planetas era antes de que comenzaran a desintegrarse". Los hallazgos de Bodman y su equipo sobre la viabilidad de estudiar exoplanetas en desintegración se publicaron en el Astronomical Journal a fines del año pasado.
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En 2012, los científicos que revisaron los datos del telescopio espacial Kepler de la NASA encontraron signos de un mundo que lentamente fue destruido por el calor y la presión, Kepler-1520b. En los años siguientes se encontraron otros dos planetas destrozados entre los miles de exoplanetas descubiertos por Kepler y su misión extendida, K2. Rodeando sus estrellas en solo unas pocas horas, estos cuerpos rocosos cuentan con temperaturas de hasta 4, 200 grados Celsius (7, 640 grados Fahrenheit) en las regiones sobrecalentadas frente a las estrellas.
Las temperaturas extremas impulsan la disolución del planeta. "La atmósfera es solo vapor de roca", dice Bodman. "Es el puro calor del planeta lo que está empujando esta atmósfera de vapor de roca".
La radiación producida por las estrellas empuja contra las atmósferas vaporizadas del planeta, creando una cola nublada. Aunque Kepler no pudo medir directamente qué tan grandes eran los planetas envueltos, las simulaciones sugieren que están entre el tamaño de la luna y Marte. Más compacto, y el proceso de desintegración se apaga.
Sin embargo, estos objetos no siempre fueron tan pequeños y arrugados. Se cree que Kepler-1520b y los otros dos objetos similares se formaron como gigantes gaseosos, después de lo cual migraron hacia sus estrellas anfitrionas y fueron despojados hasta el núcleo rocoso.
En los últimos años, los científicos de exoplanetas han hecho grandes avances al estudiar las atmósferas de planetas gaseosos grandes que orbitan otras estrellas. La mayor parte de ese material es rico en hidrógeno y helio y puede identificarse utilizando el telescopio espacial Hubble de la NASA. Pero los materiales rocosos caen en una parte diferente del espectro, "en longitudes de onda que el Hubble no puede alcanzar actualmente", dice Knicole Colon, un astrofísico de investigación en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Maryland que ha estudiado el planeta en desintegración K2-22. "Con James Webb, podríamos salir a esas longitudes de onda".
Al utilizar Webb para buscar materiales como hierro, carbono y cuarzo, los astrónomos obtendrían una mejor comprensión de lo que está sucediendo dentro de mundos distantes. "Si pudiéramos detectar cualquiera de estas características, podríamos decir con cierta certeza de qué están hechos estos cuerpos rocosos", dice Colon. "Eso definitivamente podría ser muy informativo para comprender los exoplanetas rocosos en general".
Los planetas se forman a partir de la nube de polvo y gas que queda después del nacimiento de una estrella. Los científicos piensan que los mundos del sistema solar fueron creados por un proceso conocido como acumulación de guijarros, en el que pequeños pedazos de polvo y gas se unen para hacer objetos cada vez más grandes. Finalmente, los núcleos de los gigantes gaseosos crecen lo suficientemente masivos como para atraer el gas sobrante, formando sus atmósferas espesas. Pero los pasos exactos siguen siendo difíciles de precisar.
Los interiores de los planetas alrededor de otras estrellas variarían dependiendo de los elementos encontrados en ese entorno particular. Analizar estas diferencias podría ayudar a los investigadores a comprender mejor esos tentadores primeros pasos de la formación de planetas.
Representación artística de un exoplaneta rocoso del tamaño de la Tierra que orbita otra estrella. (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle) "No hay razón para que el sistema solar sea diferente de los exoplanetas, y viceversa", dice Colón. "Todos somos planetas, por lo que todos nos formamos de formas posiblemente similares. Comprender estos planetas es otro paso en el proceso para tener una visión más amplia".
Pero incluso con procesos de formación similares, Bodman sospecha que los planetas alrededor de otras estrellas podrían no parecer tan familiares. "La composición en un sistema de exoplanetas podría ser sustancialmente diferente del sistema solar", dice ella.
Aunque Webb solo podrá descifrar información sobre la composición de exoplanetas, los instrumentos avanzados pueden algún día permitir que los planetas en desintegración revelen aún más sobre sí mismos. A medida que los planetas se erosionan, los astrónomos pueden tener una visión sin precedentes de sus interiores, posiblemente hasta el núcleo. "En teoría, podríamos saber más sobre estos exoplanetas que incluso sobre la Tierra, y definitivamente más que los otros planetas del sistema solar", dice Bodman.
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A diferencia de las estrellas, que pueden brillar durante decenas de miles de millones de años, los mundos triturados solo se quedan por un tiempo relativamente corto. Las simulaciones sugieren que los planetas como K2-22 solo tienen unos 10 millones de años antes de ser completamente destruidos. Y debido a que los tres mundos orbitan estrellas que tienen miles de millones de años, probablemente no hayan estado en sus posiciones actuales por mucho tiempo.
Bodman y Colon piensan que los planetas condenados probablemente se formaron lejos en su sistema y luego migraron hacia adentro con el tiempo. Las interacciones con otros planetas podrían haberlos arrojado en sus fatídicas trayectorias, aunque estos tres planetas en desintegración son los únicos satélites conocidos de sus estrellas anfitrionas. Bodman dice que es probable que los mundos hayan comenzado recientemente una órbita cercana de sus estrellas, pero cómo llegaron allí sigue siendo una pregunta abierta.
La corta vida útil de un planeta en desintegración —sólo una falla en la vida más larga de una estrella— es probablemente la razón por la que se han encontrado tan pocos de estos mundos. "Definitivamente son raros", dice Bodman.
Ambas mujeres coinciden en que existe una buena posibilidad de que otros uno o dos exoplanetas en desintegración estén contenidos en los datos de Kepler, especialmente los resultados más recientes de K2. Y el recientemente lanzado Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), que ya ha encontrado cientos de nuevos planetas, producirá aún más.
"Creo que tomará algún tiempo examinar todo, pero espero encontrar más", dice Colon.
