SuperTierras y Minineptunianos, los ausentes del sistema solar
Las Supertierras y los Minineptunianos son un tipo muy común de exoplanetas. En promedio, de cada tres exoplanetas descubiertos, uno es de este tipo.
Al no tener análogos dentro del Sistema Solar, comprender la naturaleza de las Super-Tierras y los Minineptunianos es más desafiante para los astrónomos.
Sus características
Como su nombre lo indica, son exoplanetas más grandes que la Tierra pero más pequeños que Neptuno.
Recordemos que entre los cuatro planetas rocosos del sistema solar (Mercurio, Venus, la Tierra y Marte) la Tierra es el más grande. La suma de las masas de los otros tres planetas rocosos, aunque sea por unos pocos puntos porcentuales, no iguala la masa de la Tierra.
Neptuno, como Urano, es un gigante de hielo. Posee una atmósfera espesa que se mezcla en el fondo con un manto formado por materiales gélidos (agua, metano y amoníaco principalmente) sobre un pequeño núcleo rocoso.
Las supertierras
Se trata de planetas enteramente rocosos, tanto con atmósfera como sin ella, y con un radio de media 1,3 veces mayor que el radio de la Tierra (por lo tanto con un volumen aproximadamente el doble), de ahí el nombre de SuperTierra.
Los Minineptunianos
Son más grandes que las SuperTierras, con un radio medio 2,5 veces mayor que el radio de la Tierra (por lo tanto, con un volumen unas 15 veces mayor). Tienen un núcleo rocoso rodeado por una gruesa capa de gas.
Its a TRAP(PIST)-1!
— NASA (@NASA) May 4, 2023
About 40 light-years away lies a planetary system with the most Earth-sized exoplanets found in a star's habitable zone. Learn more about the TRAPPIST-1 system that was recently studied by @NASAWebb: https://t.co/0sxJaVq7RB#MayTheFourth pic.twitter.com/WzLjBjspuT
Hasta la fecha, se han descubierto y confirmado 1619 supertierras y minineptunianos, es decir, el 30% de todos los planetas confirmados.
Por lo tanto, es la topología de exoplanetas más comúnmente descubierta en sistemas planetarios extrasolares.
Dos evidencias muy importantes están permitiendo entender qué relación puede existir entre estos dos tipos de exoplanetas.
Primera evidencia
Una primera evidencia se refiere a los ambientes de los Mininettunianos. Las observaciones han demostrado que estos están sujetos a una fuerte evaporación. Literalmente, su atmósfera se escapa del planeta pero no por evaporación (en el sentido más común que conocemos), sino por fotoevaporación.
Es el proceso por el cual los átomos o moléculas de la atmósfera de un exoplaneta golpeados por la radiación de alta energía, especialmente los rayos X o el ultravioleta extremo (EUV), emitidos por la estrella alrededor de la cual orbitan, pueden adquirir suficiente energía para escapar de la gravedad del planeta, y luego evaporarse en el espacio.
El proceso de fotoevaporación es más eficiente para átomos y moléculas más livianos (hidrógeno, helio), si el planeta está cerca de su estrella y si la estrella tiene una emisión de alta energía particularmente intensa.
La intensa radiación de rayos X y ultravioleta emitida por la estrella madre está literalmente despoja, capa por capa, la atmósfera de los Minineptunianos.
Se calcula que en unas pocas decenas de millones de años, los Minineptunianos podrían perder completamente su atmósfera al desnudar su núcleo rocoso y alcanzar dimensiones más pequeñas que las iniciales (teniendo la atmósfera un espesor importante).
Segunda evidencia
Otra evidencia es lo que ahora se llama "brecha de Fulton", por el nombre del descubridor. Se ha descubierto que no hay (o en todo caso son muy raros) planetas de tamaño intermedio entre los de las SuperTierras y los Minineptunianos. En la distribución de dimensiones, entre las de las SuperTierras y las de los Minineptunianos hay una "brecha" que es una laguna, un vacío (observado por primera vez por el astrónomo Fulton).
Sobre la base de estas dos evidencias, la hipótesis más acreditada es que las SuperTierras que observamos hoy derivan de Minineptunianos. Es decir, se cree que los minineptunianos han perdido por completo su atmósfera por fotoevaporación, reduciendo gradualmente su tamaño y convirtiéndose en supertierras.
Dado que este proceso de evaporación es muy corto en comparación con la vida media del planeta, es muy poco probable que se puedan observar las etapas intermedias de la evaporación, por lo que es poco probable observar planetas de tamaño intermedio entre el de Minineptunianos y Super-Tierras. Esto explicaría la existencia de la brecha de Fulton.
La estrella TOI 270 (observada por el telescopio espacial TESS) es una estrella enana que alberga un sistema planetario con al menos tres exoplanetas. La más cercana a la estrella, TOI 270 b, es una SuperTierra. Es un 25% más grande que la Tierra y está ubicado a una distancia más corta de la estrella que Mercurio del Sol. Los otros dos planetas, TOI 270 c y d, son Minineptunianos, más del doble del tamaño de la Tierra.