Planetas rocosos son más extraños de lo que pensábamos

Una reciente investigación sugiere que la mayoría de los exoplanetas rocosos cercanos no se parecen a nada de lo que conocemos en nuestro Sistema Solar.

2 Noviembre 2021

Un astrónomo de NOIRLab junto a un geólogo de la Universidad Estatal de California, Fresno realizaron el primer estudio de los tipos de rocas que existen en los planetas que orbitan estrellas cercanas. Después de estudiar la composición química de las enanas blancas "contaminadas", llegaron a la conclusión de que la mayoría de los planetas rocosos que orbitan estrellas cercanas son más diversos y exóticos de lo que se pensaba anteriormente, con tipos de rocas que no se encuentran en ningún lugar de nuestro Sistema Solar.

Los astrónomos han descubierto miles de planetas orbitando estrellas en nuestra galaxia, a los que se le conoce como exoplanetas. Sin embargo, es difícil saber exactamente de qué están compuestos o si alguno se parece a la Tierra. Para intentar averiguarlo, el astrónomo Siyi Xu de NOIRLab de NSF junto con el geólogo Keith Putirka de la Universidad Estatal de California, Fresno, estudiaron las atmósferas de lo que se conoce como estrellas enanas blancas contaminadas. Se trata de los núcleos densos y colapsados ​​de estrellas que alguna vez fueron normales, como el Sol, y que contienen material que alguna vez fueron planetas, asteroides u otros cuerpos rocosos que en el pasado distante orbitaron la estrella, pero que en algún momento cayeron en la enana blanca y "contaminaron" su atmósfera. Al buscar elementos que no existirían naturalmente en la atmósfera de una enana blanca (es decir, cualquier otra cosa que no sea hidrógeno y helio), los científicos pueden averiguar de qué estaban hechos los objetos planetarios rocosos que cayeron en la estrella.

Putirka y Xu observaron 23 enanas blancas contaminadas, situadas a unos 650 años luz del Sol, en las cuales se habían detectado con precisión elementos como calcio, silicio, magnesio y hierro, gracias a las observaciones realizadas en el Observatorio WM Keck en Hawai'i, el Telescopio Espacial Hubble, y otros observatorios. Luego, los científicos usaron las abundacias medidas de esos elementos para reconstruir los minerales y rocas que se formarían a partir de ellos. Descubrieron que estas enanas blancas tienen una gama de composiciones mucho más amplia que cualquiera de los planetas interiores de nuestro Sistema Solar, lo que sugiere que sus planetas tenían una variedad más amplia de tipos de rocas. De hecho, algunas de las composiciones son tan inusuales que los investigadores tuvieron que crear nuevos nombres (como “piroxenitas de cuarzo” y “dunitas de periclasa”) para clasificar los nuevos tipos de rocas que alguna vez existieron en esos planetas. [1]

“Si bien algunos exoplanetas que en el pasado orbitaron enanas blancas contaminadas parecen similares a la Tierra, la mayoría tiene unos tipos de rocas que son extrañas para nuestro Sistema Solar”, dijo Xu. "No tienen contrapartes directas en el Sistema Solar".

Putirka describió algunas características de este nuevo tipo de rocas que en algún momento conformaron cuerpos rocosos distantes: “Algunos de los tipos de rocas que vemos a partir de los datos de la enana blanca disolverían más agua que las rocas en la Tierra y podrían afectar la forma en que se desarrollan los océanos”, explicó. "Algunos tipos de rocas pueden derretirse a temperaturas mucho más bajas y producir una corteza más gruesa que las rocas de la Tierra, y algunos tipos de rocas pueden ser más débiles, lo que podría facilitar el desarrollo de la tectónica de placas", agregó.

Estudios anteriores de enanas blancas contaminadas habían encontrado elementos de cuerpos rocosos, como calcio, aluminio y litio. Sin embargo, Putirka y Xu explican que esos son elementos menores (que típicamente constituyen una pequeña parte de una roca terrestre) y las mediciones de los elementos principales (que conforman una gran parte de una roca terrestre), especialmente el silicio, son necesarias para saber realmente qué tipo de tipos de rocas habrían existido en esos planetas.

Además, Putirka y Xu afirman que los altos niveles de magnesio y los bajos niveles de silicio medidos en las atmósferas de las enanas blancas sugieren que los escombros rocosos detectados probablemente provenían del interior de los planetas, del manto, no de su corteza. Algunos estudios previos de enanas blancas contaminadas anticiparon que existía corteza continental en los planetas rocosos que alguna vez orbitaron esas estrellas, pero Xu y Putirka no encontraron evidencia de rocas de la corteza. Sin embargo, las observaciones no descartan por completo que los planetas tuvieran corteza continental u otros tipos de corteza. "Creemos que sí existe roca de la corteza terrestre, no podemos verla, probablemente porque ocurre en una fracción demasiado pequeña para ser medida, en comparación con la masa de otros componentes planetarios, como el núcleo y el manto", explicó Putirka.

Según Xu, la pareja de un astrónomo y un geólogo fue la clave para revelar los secretos ocultos en las atmósferas de las enanas blancas contaminadas. “Conocí a Keith Putirka en una conferencia y estaba emocionado de que pudiera ayudarme a comprender los sistemas que estaba observando. Él me enseñó geología y yo le enseñé astronomía, y descubrimos cómo dar sentido a estos misteriosos sistemas exoplanetarios ".

Los resultados de esta investigación se incluyen en la edición del 2 de noviembre de 2021 de la revista Nature Communications.

Notas

[1] Los métodos de clasificación de rocas "normales" se basan en el hecho de que el olivino y el ortopiroxeno son los minerales dominantes en el manto de la Tierra (y en los mantos de otros planetas rocosos de nuestro Sistema Solar). Sin embargo, para muchos exoplanetas, el olivino podría estar ausente y el cuarzo presente; o el ortopiroxeno podría estar ausente y la periclasa presente; por tal motivo se desarrolló una nueva nomenclatura de clasificación. Las nuevas clasificaciones de tipos de rocas propuestas por Putirka y Xu incluyen: "piroxenitas de cuarzo", que tienen más del 10% de ortopiroxeno, clinopiroxeno y cuarzo; “Ortopiroxenitas de cuarzo”, que tienen más del 10% de ortopiroxeno y cuarzo, y menos del 10% de clinopiroxeno; "Dunitas de periclasa", que tienen más del 10% de periclasa y olivina, y menos del 10% de clinopiroxeno; "Wehrlites de periclasa", que contienen más del 10% de periclasa, olivina y clinopiroxeno; y "clinopiroxenitas de periclasa", que tienen menos del 10% de olivino y más del 10% de periclasa y clinopiroxeno.

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Contactos

Siyi Xu
Associate Astronomer
NSF NOIRLab
Tel: +1 808-974-2538
Correo electrónico: siyi.xu@noirlab.edu

Keith Putirka
Professor, Department of Earth and Environmental Sciences
California State University, Fresno
Tel: +1 559-278-4524
Correo electrónico: kputirka@csufresno.edu

Vanessa Thomas
Public Information Officer
NSF NOIRLab
Tel: +1 520-318-8132
Correo electrónico: vanessa.thomas@noirlab.edu

Esta es una traducción del Comunicado de Prensa de NOIRLab noirlab2127.