La evaporación atmosférica, clave de la evolución planetaria
Aunque cada vez sabemos más sobre los procesos que conducen a la formación de los planetas, muchos aspectos siguen sin quedar claros. Eso es especialmente cierto en el caso de los exoplanetas —planetas que orbitan alrededor de estrellas distintas al sol— que parecen tener atmósferas volátiles. La proximidad a las estrellas permite que la capa superior de la atmósfera de los exoplanetas sea vulnerable a la pérdida de masa por la evaporación provocada por el calentamiento. «Al inicio del proyecto, la evaporación atmosférica se entendía casi exclusivamente para envolturas ricas en hidrógeno (H) y helio (He), sin modelos fiables para atmósferas altamente irradiadas o dominadas por elementos pesados», explica el coordinador del proyecto PEVAP, James Owen, del Imperial College(se abrirá en una nueva ventana) de Ciencia, Tecnología y Medicina del Reino Unido. «Por lo tanto, carecíamos de una teoría física predictiva de la evaporación y de una forma de utilizarla como diagnóstico de cómo y dónde se formaron los planetas. El proyecto PEVAP se diseñó precisamente para colmar estas lagunas».
Modelos de evaporación de nueva generación
Para alcanzar sus objetivos, el equipo de PEVAP, que contó con el apoyo del Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana), reunió a expertos en hidrodinámica planetaria, transferencia radiativa, emisión estelar de alta energía y demografía de exoplanetas, con sede en el Imperial. «Desde el punto de vista metodológico, hemos desarrollado modelos de evaporación de última generación», afirma Owen. «Se utilizaron para resolver la hidrodinámica, la termodinámica y la química acopladas de los flujos planetarios (es decir, el escape atmosférico)». Al mismo tiempo, el equipo del proyecto vinculó estos modelos con análisis planetarios. Utilizando grandes conjuntos de cálculos evolutivos, el equipo predijo cómo podría influir la evaporación en la distribución de planetas. «Este enfoque permitió utilizar la evaporación como una poderosa herramienta para investigar la formación de planetas», explica Owen.
Diagnóstico del escape atmosférico en el pasado
Un resultado clave ha sido mostrar cómo la evaporación puede explicar cuantitativamente la estructura detallada de la población de exoplanetas cercanos. «Hemos demostrado que el número relativo de supertierras (exoplanetas con masas superiores a la de la Tierra, pero considerablemente inferiores a las de Neptuno o Urano) puede reproducirse si se formaron muchos planetas cercanos con modestas envolturas de H/He sobre núcleos sólidos», señala Owen. «En términos más generales, hemos proporcionado las primeras restricciones sólidas sobre la distribución del nacimiento de las masas centrales y las fracciones de envoltura de los planetas cercanos, estableciendo límites sobre dónde deben haber acumulado su gas y cuánta migración se permite», añade Owen. «En conjunto, estos hallazgos convierten la población de exoplanetas observada en un diagnóstico calibrado del escape atmosférico pasado».
Explorando las conexiones con la habitabilidad planetaria
El proyecto ha logrado replantear la evaporación atmosférica como una herramienta clave para comprender la formación de los planetas, y ha demostrado que muchas supertierras cercanas son restos despojados de planetas que una vez fueron similares a Neptuno. «Eso ha aclarado que el modo dominante de formación de los planetas cercanos implica una modesta acumulación de gas seguida de una fuerte irradiación de alta energía, en vez de la formación “in situ” de planetas rocosos desnudos como los terrestres del Sistema Solar», afirma Owen. Un próximo paso clave será generalizar el marco de deducción de la evaporación a una gama más amplia de objetos interestelares. «Ampliar nuestros modelos a atmósferas dominadas por elementos pesados y ricas en agua nos permitirá interpretar los próximos datos del telescopio espacial James Webb(se abrirá en una nueva ventana) y Ariel(se abrirá en una nueva ventana) en un contexto evolutivo físicamente coherente», señala Owen. Owen y su equipo también tienen previsto combinar modelos de evaporación mejorados con simulaciones de formación, lo que permitirá determinar con mayor precisión dónde se formaron los planetas en relación con las líneas de hielo y qué cantidad de sólidos y gas acumularon. «Otra posibilidad es explorar las conexiones con la habitabilidad planetaria», añade Owen. «Al cartografiar los lugares en los que la evaporación elimina las envolturas primordiales, pero permite que persistan las atmósferas secundarias, podemos identificar regímenes favorables para mundos templados y potencialmente rocosos».
