Explorando la atmósfera de escape de HAT-P-11b

Las atmósferas de los planetas cercanos a sus estrellas anfitrionas viven una existencia tenue. Nuevas observaciones del telescopio espacial Hubble muestran signos de una atmósfera de exoplaneta similar a Neptuno que se está erosionando.

Impresión artística del exoplaneta HAT-P-11b y su estrella anfitriona.
Centro de Astrofísica de Harvard / D. Aguilar

Evaporación en el trabajo

Los pequeños planetas que orbitan alrededor de su estrella anfitriona se dividen en dos poblaciones principales:

  1. aquellos con radios menores de 1.5 radios terrestres, que se cree que son principalmente núcleos rocosos con poca o ninguna atmósfera restante, y
  2. aquellos con radios mayores de 2 radios terrestres, que se cree que retienen algunas de sus atmósferas de hidrógeno y helio.

¿Qué causa la diferencia entre estas dos poblaciones? Creemos que todos los exoplanetas cercanos están esculpidos por la radiación energética de sus estrellas anfitrionas. Esta radiación puede erosionar las atmósferas primordiales y para los planetas más pequeños, esto dejará solo sus núcleos rocosos.

A medida que trabajamos para comprender la física detallada de esta fotoevaporación, sería útil poder ver directamente cómo se escapa la atmósfera de un planeta de esta manera. En un nuevo estudio, la científica Megan Mansfield (Universidad de Chicago) y sus colaboradores presentan exactamente lo mismo: observaciones de la atmósfera de escape del exoplaneta HAT-P-11b.

Observaciones de un Neptuno caliente

Ilustración artística del WASP-107b, el primer planeta en el que Hubble descubrió que el helio escapaba de su atmósfera.
ESA / Hubble, NASA, M. Kornmesser

HAT-P-11b es un exoplaneta del tamaño de Neptuno que orbita muy cerca de su estrella anfitriona en un sistema que se encuentra aproximadamente a 120 años luz de la Tierra. Utilizando Hubble, Mansfield y sus colaboradores descubrieron la sutil firma de helio que escapa de la atmósfera de HAT-P-11b, lo que lo convierte en el segundo planeta para el cual Hubble descubrió esta firma (el primero fue WASP 107-b) y uno de solo un puñado de planetas para los cuales hemos visto signos de escape atmosférico.

Al comparar estas observaciones con los modelos, Mansfield y sus colaboradores estiman que HAT-P-11b está perdiendo masa a una tasa de aproximadamente 10 9 10 11 g / s. Esta tasa, si bien es alta, sigue siendo lo suficientemente baja como para que el planeta solo haya perdido un pequeño porcentaje de su masa a lo largo de su historia, dejando su composición en gran parte sin verse afectada. Esto es consistente con lo que esperaríamos para un planeta de su tamaño: dado que es más grande que 2 radios de la Tierra, debería retener parte de su atmósfera de hidrógeno y helio.

Un nuevo enfoque

Espectro de banda estrecha de HAT-P-11b (puntos azul y gris) en comparación con tres modelos 1D de escape hidrodinámico (líneas roja, verde y naranja).
Mansfield y col. 2018

¿Por qué son importantes estas detecciones de helio de escape? ¡Observaciones como esta representan un nuevo método para explorar atmósferas de exoplanetas! La firma de helio detectada en HAT-P-11b se había teorizado durante mucho tiempo como una forma de estudiar atmósferas escapadas, pero hasta las recientes observaciones de Hubble de helio en la atmósfera de WASP 107-b, el potencial de este enfoque permaneció sin explotar.

Ahora se han observado dos planetas con esta señal particular y la señal del HAT-P-11b se ha confirmado adicionalmente con el instrumento CARMENES en España, marcando la primera vez que se ha detectado la misma firma de fotoevaporación por ambas tierras. e instalaciones basadas en el espacio.

Observaciones futuras como estas tanto de los instrumentos existentes como de los próximos observatorios como el James Webb Space Telescope con suerte continuarán arrojando luz sobre cómo se evaporan las atmósferas de los pequeños exoplanetas cercanos.

Citación

Detección de helio en la atmósfera de Exo-Neptune HAT-P-11b, Megan Mansfield et al 2018 ApJL 868 L34. doi: 10.3847 / 2041-8213 / aaf166


Esta publicación apareció originalmente en AAS Nova, que presenta aspectos destacados de investigaciones de las revistas de la American Astronomical Society.