Los exoplanetas rocosos son más raros de lo que pensamos

02 noviembre 2021

(Noticias de Nanwerk) Un astrónomo del NOIRLab de NSF se asoció con un geólogo de la Universidad Estatal de California, Fresno, para hacer las primeras estimaciones de los tipos de rocas que se encuentran en los planetas que orbitan estrellas cercanas. Después de estudiar la composición química de las enanas blancas «contaminadas», concluyen 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 ninguna parte de nuestro sistema solar.

Los astrónomos han descubierto miles de planetas orbitando estrellas en nuestra galaxia, conocidos como exoplanetas. Sin embargo, es difícil saber exactamente de qué están hechos estos planetas o si alguno de ellos se parece a la Tierra. En un esfuerzo por averiguarlo, el astrónomo Siyi Xu de NOIRLab de NSF se asoció con el geólogo Keith Buterka de la Universidad Estatal de California, Fresno, para estudiar la atmósfera de lo que se conoce como enanas blancas contaminantes. Estos son los núcleos densos y colapsados ​​de estrellas que eran normales como el Sol y que contienen material extraño de planetas, asteroides u otros cuerpos rocosos que alguna vez orbitaron la estrella pero que finalmente cayeron en una enana blanca y «contaminaron» su atmósfera.

Al buscar elementos que no se pueden encontrar naturalmente en la atmósfera de la enana blanca (cualquier cosa que no sea hidrógeno y helio), los científicos pueden descubrir de qué están hechos los cuerpos planetarios rocosos que cayeron en la estrella. Ilustración de un pecio rocoso alrededor de una enana blanca Los escombros rocosos, fragmentos de un antiguo planeta rocoso que se estrelló, ruedan hacia adentro hacia una enana blanca en esta ilustración. Al estudiar las atmósferas de las enanas blancas «contaminadas» por tales desechos, un astrónomo y un geólogo de NOIRLab han identificado extraños tipos de rocas que no existen en nuestro sistema solar. Los resultados sugieren que los exoplanetas rocosos cercanos deben ser incluso más exóticos y diversos de lo que se pensaba anteriormente. (Foto: NOIRLab / NSF / AURA / J. Da Silva Procesamiento de imágenes: M. Zamani y M. Kosari (NOIRLab de NSF))

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Buterka y Shaw observaron 23 enanas blancas contaminadas, todas dentro de 650 años luz del sol, midiendo con precisión calcio, silicio, magnesio y hierro utilizando el Observatorio WM Keck en Hawai, el Telescopio Espacial Hubble y otros observatorios. Luego, los científicos usaron cantidades medidas de esos elementos para reconstruir los minerales y rocas que podrían formar.

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 indica que sus planetas tienen una variedad de tipos de rocas. De hecho, algunas de las composiciones son tan inusuales que Butyrka y Shaw tuvieron que crear nuevos nombres (como «cuarzo piroxenita» y «donets de periclasa») para clasificar los nuevos tipos de rocas que debían haber existido en esos planetas.[1]

«Si bien algunos exoplanetas que han estado orbitando enanas blancas contaminadas se ven similares a la Tierra, la mayoría tiene tipos de rocas que son extrañas a nuestro sistema solar», dijo Shaw. «No tienen contrapartes directas en el sistema solar».

Buterka describe lo que estos nuevos tipos de rocas podrían significar para los mundos rocosos a los que pertenecen. «Algunos tipos de rocas que vemos a partir de los datos de la enana blanca disolverán más agua que las rocas en la Tierra y pueden afectar el desarrollo de los océanos», explicó. «Algunos tipos de rocas pueden derretirse a temperaturas mucho más bajas y producir una corteza que es más gruesa que la roca de la Tierra, y algunos tipos de rocas pueden ser más débiles, lo que puede facilitar la evolución de la tectónica de placas».

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Estudios previos de enanas blancas contaminadas encontraron elementos de cuerpos rocosos, incluidos calcio, aluminio y litio. Sin embargo, Butyrka y Shaw explicaron que se trata de elementos menores (que suelen formar una pequeña porción de la roca de la Tierra) y las mediciones de los elementos principales (que constituyen una gran parte de la roca de la Tierra), especialmente el silicio, son necesarias para conocer la verdad. ¿Qué tipo de rocas había en esos planetas?

Además, Butyrka y Shaw informaron que los altos niveles de magnesio y los bajos niveles de silicio medidos en las atmósferas de las enanas blancas indican que los escombros rocosos detectados probablemente provenían de las partes internas de los planetas, del manto en lugar de su corteza. Algunos estudios previos de enanas blancas contaminadas informaron signos de corteza continental en planetas rocosos que orbitaban esas estrellas, pero Butyrka y Shaw no encontraron evidencia de rocas de la corteza. Sin embargo, las observaciones no excluyen completamente que los planetas tengan corteza continental u otros tipos de corteza.

«Creemos que si hay rocas de la corteza terrestre, no podemos verlas, posiblemente porque ocurren en una fracción muy pequeña en comparación con la masa de otros componentes planetarios, como el núcleo y el manto», dijo Buterka.

Según Xu, la pareja de un astrónomo y un geólogo fue la clave para desentrañar los secretos ocultos en la atmósfera contaminada de la enana blanca. «Conocí a Keith Buterka en una conferencia y estaba emocionado de que pudiera ayudarme a comprender los sistemas que estaba observando. Me enseñó geología, me enseñó astronomía y descubrió cómo comprender estos misteriosos sistemas de exoplanetas».

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Los resultados de la pareja se publicaron en Conexiones con la naturaleza («Las enanas blancas contaminadas revelan extraños tipos de rocas en exoplanetas en nuestro vecindario solar»).

Notas

[1] Los métodos para clasificar las rocas «ordinarias» o corrientes se basan en el hecho de que el olivino y el ortopiroxeno son los minerales predominantes en el manto de la Tierra (y los mantos de otros planetas rocosos de nuestro Sistema Solar). Sin embargo, para muchos exoplanetas, el olivino puede estar ausente y el cuarzo, o el ortopiroxeno puede estar ausente y la periclasa, por lo que se ha desarrollado una nueva nomenclatura taxonómica. Las nuevas clasificaciones de tipo de roca propuestas por Buterka y Shaw incluyen: “cuarzo piroxeno”, que contiene más del 10% de cada uno de ortopiroxeno, clinoproxeno y cuarzo; «Cuarzo ortoproxenito», que contenga más del 10% de ortopiroxeno y cuarzo y menos del 10% de clinoproxeno; «Priclase Donut», que contiene más del 10% de priclasa y olivina, y menos del 10% de clinopiroxeno; «Periclasa whirlet», que contiene más del 10% de periclasa, olivina y clinoproxeno; y «Clinoproxenato de periclasa», que contiene menos del 10% de olefina y más del 10% de piricilasa y clinoproxeno.

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