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Un exoplaneta protegido por una magnetósfera

by notiulti

Los astrónomos de hoy están ocupados construyendo el censo de planetas extrasolares, que ha alcanzado un total de 4.884 planetas confirmados, con otros 8.288 candidatos esperando confirmación. Ahora que finalmente se lanzó el telescopio espacial James Webb (JWST), los estudios futuros irán más allá del mero descubrimiento y se centrarán más en la caracterización. En esencia, los estudios futuros de exoplanetas determinarán con mayor certeza qué planetas son habitables y cuáles no.

Una característica que estarán atentos en particular es la presencia de campos magnéticos planetarios (también conocidos como magnetosferas). En la Tierra, la atmósfera y toda la vida en la superficie están protegidas por un campo magnético, por lo que se consideran cruciales para la habitabilidad. Usando datos de los venerados telescopio espacial Hubble (HST), un equipo internacional de astrónomos informó que detección de un campo magnético alrededor de un exoplaneta por primera vez!

El equipo estaba formado por astrónomos de la Universidad de Arizona. Laboratorio planetario y lunar (LPL), el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL), el Centro Europeo de Astronomía Espacial (ESAC), el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (CfA), el Instituto de Astrofísica de París, el Centro de Astronomía y Astrofísica, el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), el Grupo de espectroscopía molecular y atmosférica (GSMA) y varias universidades. Sus hallazgos aparecieron en un papel publicado recientemente por la revista Astronomía de la naturaleza.

El mundo “invisible” Kepler-19c, un posible “mini-Neptuno”, se ve en el primer plano de la concepción de este artista. Crédito: David A. Aguilar (CfA)

Utilizando Hubble datos, el equipo observó HAT-P-11b, un exoplaneta del tamaño de Neptuno que orbita una estrella de tipo K (enana naranja) ubicada a 123 años luz de la Tierra. Esto es lo que se conoce como el Método de Tránsito (también conocido como Espectroscopía de Tránsito), donde las caídas periódicas en el brillo de una estrella indican el paso de estrellas frente a su cara (o “en tránsito”). Además de ser el medio más popular y eficaz de detección de exoplanetas, este método también puede revelar espectros de atmósferas de exoplanetas.

Mientras observaba HAT-P-11 en el espectro ultravioleta, el equipo fue testigo de que el planeta realizaba seis tránsitos. El Hubble detectó iones de carbono (partículas cargadas) que rodean al planeta durante estos tránsitos. Según el documento del equipo, la explicación más probable es la presencia de una magnetosfera que interactúa con los iones de carbono cuando escaparon de la atmósfera del planeta al espacio.

Gilda Ballester, profesora adjunta de investigación en la Universidad de Arizona y coautora del artículo, también es investigadora principal de un Hubble programa que observó HAT-P-11b. Como explicó en una LPL reciente presione soltar:

“Esta es la primera vez que la firma del campo magnético de un exoplaneta se detecta directamente en un planeta fuera de nuestro sistema solar. Un fuerte campo magnético en un planeta como la Tierra puede proteger su atmósfera y superficie del bombardeo directo de las partículas energéticas que componen el viento solar. Estos procesos afectan en gran medida la evolución de la vida en un planeta como la Tierra porque el campo magnético protege a los organismos de estas partículas energéticas ”.

Ilustración de las observaciones de Hubble de HAT-P-11b y la región extendida de partículas de carbono cargadas que lo rodean y forman una cola larga. Crédito: Lotfi Ben-Jaffel / Instituto de Astrofísica, París

Otro descubrimiento clave fue cómo los iones de carbono no solo se observaron alrededor del planeta, sino que también se vieron extendiéndose a gran distancia del planeta (la “cola magnética”). Esta cola se extiende a una distancia de al menos una unidad astronómica (1 UA) en el espacio, la misma distancia entre la Tierra y el Sol, mientras que las partículas viajan a una velocidad promedio de 160,935 km / h (100,000 mph). Si bien la física de esta magnetosfera es la misma para la Tierra, HAT-P-11b orbita mucho más cerca de su estrella (1/20 de 1 AU).

Esta proximidad hace que la atmósfera superior se caliente y esencialmente “hierva” hacia el espacio, lo que libera iones de carbono e hidrógeno neutros. Como Ballester explicado:

“Al igual que el campo magnético de la Tierra y su entorno espacial inmediato interactúan con el viento solar, que consiste en partículas cargadas que viajan a aproximadamente 900,000 mph, existen interacciones entre el campo magnético de HAT-P-11b y su entorno espacial inmediato con el viento solar de su estrella anfitriona, y esos son muy complejos “.

Si bien un mini-Neptuno como HAT-P-11b no es un buen candidato para la habitabilidad, la primera detección inequívoca de una magnetosfera es un paso significativo hacia una mejor comprensión de la habitabilidad de los exoplanetas. Hasta la fecha, muchos estudios de exoplanetas potencialmente habitables se han limitado porque los astrónomos aún no pueden restringir las propiedades magnéticas de los exoplanetas. En particular, los astrónomos sienten curiosidad por saber si los planetas rocosos que orbitan alrededor de estrellas enanas rojas de tipo M pueden retener sus atmósferas, dados los estallidos a los que están sujetos.

El campo magnético y las corrientes eléctricas en y alrededor de la Tierra generan fuerzas complejas que tienen un impacto inconmensurable en la vida cotidiana. Crédito: ESA / ATG medialab

La Tierra es el único cuerpo rocoso dentro de nuestro Sistema Solar que tiene su propio campo magnético. Si bien los gigantes gaseosos y Ganímedes (una de las lunas más grandes de Júpiter) poseen campos magnéticos, estos cuerpos no pueden albergar vida en sus superficies. Además, la desaparición del campo magnético de Marte (hace unos 4 mil millones de años) es lo que llevó a que su atmósfera fuera despojada por el viento solar. Así es como la superficie de Marte se convirtió en el lugar frío, desecado e irradiado que es hoy.

La conexión entre los campos magnéticos y la habitabilidad aún no se comprende completamente y requiere más investigación. Afortunadamente, este estudio y los métodos empleados muestran que se pueden detectar magnetosferas alrededor de varios exoplanetas para evaluar su papel en la habitabilidad potencial. “HAT-P-11 b ha demostrado ser un objetivo muy interesante porque las observaciones del tránsito ultravioleta del Hubble han revelado una magnetosfera, vista como un componente iónico extendido alrededor del planeta y una larga cola de iones que escapan”, dijo Ballester.

Otro hallazgo interesante fue la metalicidad de la atmósfera de HAT-P-11 b, que fue menor de lo esperado. Si bien todos los gigantes gaseosos del Sistema Solar están compuestos principalmente de hidrógeno y helio, varían en términos de su metalicidad y campos magnéticos. Mientras que Júpiter y Saturno tienen metalicidades bajas pero campos magnéticos fuertes, los “gigantes de hielo” Urano y Neptuno tienen metalicidades altas y campos magnéticos débiles. La baja metalicidad atmosférica de HAT-P-11 b, dicen los autores, desafía los modelos actuales de formación de exoplanetas.

“Aunque la masa de HAT-P-11 b es sólo el 8% de la de Júpiter, creemos que el exoplaneta se parece más a un mini-Júpiter que a un Neptuno”, Ballester. dicho. “La composición atmosférica que vemos en HAT-P-11b sugiere que es necesario seguir trabajando para perfeccionar las teorías actuales sobre cómo se forman ciertos exoplanetas en general”.

Si hay algo que se puede aprender de esta investigación, es que todavía tenemos mucho que aprender sobre los exoplanetas y lo que se necesita para garantizar la habitabilidad planetaria. Pero estamos aprendiendo rápidamente, y el ritmo solo se acelerará a medida que los telescopios de próxima generación entren en funcionamiento, como el Telescopio espacial James Webb (JWST), ¡que acaba de lanzarse! ¡Con miles de mundos nuevos para explorar, la búsqueda de vida extraterrestre progresará de un arte a una ciencia!

Otras lecturas: Noticias UofA, Naturaleza

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