Hubble ve un joven planeta con una explosión torrencial de energía

Un joven planeta girando alrededor de una petulante estrella enana roja está cambiando de manera impredecible órbita por órbita. Está tan cerca de su estrella madre que experimenta una explosión constante y torrencial de energía, que evapora su atmósfera de hidrógeno, lo que hace que se hinche del planeta.

Pero durante una órbita observada con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, el planeta parecía que no estaba perdiendo ningún material en absoluto, mientras que una órbita observada con el Hubble un año y medio después mostró signos claros de pérdida atmosférica.

Esta extrema variabilidad entre órbitas sorprendió a los astrónomos. "Nunca hemos visto un escape atmosférico pasar de completamente no detectable a muy detectable en un período tan corto cuando un planeta pasa frente a su estrella", dijo Keighley Rockcliffe de Dartmouth College en Hanover, New Hampshire. "Realmente esperábamos algo muy predecible, repetible. Pero resultó ser extraño. Cuando vi esto por primera vez, pensé: 'Eso no puede estar bien'".

Rockcliffe estaba igualmente desconcertado al ver, cuando era detectable, la atmósfera del planeta hinchándose frente al planeta, como un faro en un tren de destino rápido. "Esta observación francamente extraña es una especie de caso de prueba de estrés para el modelado y la física sobre la evolución planetaria. Esta observación es genial porque estamos llegando a sondear esta interacción entre la estrella y el planeta que está realmente en el extremo más extremo", dijo.

Ubicada a 32 años luz de la Tierra, la estrella madre AU Microscopii (AU Mic) alberga uno de los sistemas planetarios más jóvenes jamás observados. La estrella tiene menos de 100 millones de años (una pequeña fracción de la edad de nuestro Sol, que tiene 4.6 millones de años). El planeta más interno, AU Mic b, tiene un período orbital de 8,46 días y está a solo 6 millones de millas de la estrella (aproximadamente 1/10 de la distancia del planeta Mercurio a nuestro Sol). El mundo hinchado y gaseoso es aproximadamente cuatro veces el diámetro de la Tierra.

AU Mic b fue descubierto por los telescopios espaciales Spitzer y TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA en 2020. Fue descubierto con el método de tránsito, lo que significa que los telescopios pueden observar una ligera caída en el brillo de la estrella cuando el planeta cruza frente a ella.

Las enanas rojas como AU Microscopii son las estrellas más abundantes en nuestra galaxia, la Vía Láctea. Por lo tanto, deberían albergar la mayoría de los planetas de nuestra galaxia. Pero, ¿pueden los planetas que orbitan estrellas enanas rojas como AU Mic b ser hospitalarios para la vida? Un desafío clave es que las enanas rojas jóvenes tienen feroces llamaradas estelares que emiten radiación fulminante. Este período de alta actividad dura mucho más que el de estrellas como nuestro Sol.

Las llamaradas son alimentadas por intensos campos magnéticos que se enredan por los movimientos turbulentos de la atmósfera estelar. Cuando el enredo se vuelve demasiado intenso, los campos se rompen y se vuelven a conectar, liberando enormes cantidades de energía que son de 100 a 1.000 veces más energéticas que las que nuestro Sol desata en sus arrebatos. Es un espectáculo de fuegos artificiales abrasadores de vientos torrenciales, llamaradas y rayos X que explotan cualquier planeta que orbite cerca de la estrella. "Esto crea un ambiente de viento estelar realmente sin restricciones y, francamente, aterrador que está afectando la atmósfera del planeta", dijo Rockcliffe.

Bajo estas condiciones tórridas, los planetas que se forman dentro de los primeros 100 millones de años del nacimiento de la estrella deberían experimentar la mayor cantidad de escape atmosférico. Esto podría terminar despojando completamente a un planeta de su atmósfera.

"Queremos averiguar qué tipo de planetas pueden sobrevivir a estos entornos. ¿Cómo se verán finalmente cuando la estrella se establezca? ¿Y habría alguna posibilidad de habitabilidad eventualmente, o terminarán siendo planetas quemados?", Dijo Rockcliffe. "¿Eventualmente pierden la mayor parte de sus atmósferas y sus núcleos sobrevivientes se convierten en súper-Tierras? Realmente no sabemos cómo se ven esas composiciones finales porque no tenemos nada de eso en nuestro sistema solar".

Mientras que el resplandor de la estrella impide que el Hubble vea directamente el planeta, el telescopio puede medir los cambios en el brillo aparente de la estrella causados por el hidrógeno que se desprende del planeta y atenúa la luz de las estrellas cuando el planeta transita por la estrella. Ese hidrógeno atmosférico se ha calentado hasta el punto en que escapa de la gravedad del planeta.

Los cambios nunca antes vistos en el flujo atmosférico de AU Mic b pueden indicar una variabilidad rápida y extrema en los estallidos de la enana roja huésped. Hay tanta variabilidad porque la estrella tiene muchas líneas de campo magnético turbulentas. Una posible explicación para el hidrógeno faltante durante uno de los tránsitos del planeta es que una poderosa llamarada estelar, vista siete horas antes, puede haber fotoionizado el hidrógeno que escapaba hasta el punto en que se volvió transparente a la luz, y por lo tanto no era detectable.

Otra explicación es que el viento estelar en sí está dando forma al flujo planetario, haciéndolo observable en algunos momentos y no observable en otros, incluso causando que parte del flujo de salida tenga "hipo" por delante del planeta mismo. Esto se predice en algunos modelos, como los de John McCann y Ruth Murray-Clay de la Universidad de California en Santa Cruz, pero este es el primer tipo de evidencia observacional de que está sucediendo y en un grado tan extremo, dicen los investigadores.

Las observaciones de seguimiento del Hubble de más tránsitos de UA Mic b deberían ofrecer pistas adicionales sobre la extraña variabilidad de la estrella y el planeta, probando aún más los modelos científicos de escape y evolución atmosférica exoplanetaria.

Rockcliffe es el autor principal del artículo científico aceptado para su publicación en The Astronomical Journal.