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Planeta de carbono

Concepción artística de un planeta de carbono. La superficie es oscura y rojiza debido a los depósitos de hidrocarburos.

Un planeta de carbono es un tipo hipotético de planeta que contiene más carbono que oxígeno . [1] El carbono es el cuarto elemento más abundante en el universo por masa después del hidrógeno , el helio y el oxígeno .

Marc Kuchner y Sara Seager acuñaron el término "planeta de carbono" en 2005 e investigaron dichos planetas siguiendo la sugerencia de Katharina Lodders de que Júpiter se formó a partir de un núcleo rico en carbono. [2] Las investigaciones anteriores de planetas con altas proporciones de carbono a oxígeno incluyen Fegley y Cameron 1987. [3] Los planetas de carbono podrían formarse si los discos protoplanetarios son ricos en carbono y pobres en oxígeno . Se desarrollarían de manera diferente a la Tierra , Marte y Venus , que están compuestos principalmente de compuestos de silicio y oxígeno. Diferentes sistemas planetarios tienen diferentes proporciones de carbono a oxígeno, y los planetas terrestres del Sistema Solar están más cerca de ser "planetas de oxígeno" con una relación molar C/O de 0,55. [4] En 2020, un estudio de las 249 estrellas análogas solares cercanas encontró que el 12% de las estrellas tienen proporciones C/O superiores a 0,65, lo que las convierte en candidatas para los sistemas planetarios ricos en carbono. [5] El exoplaneta 55 Cancri e , que orbita una estrella anfitriona con una relación molar C/O de 0,78, [6] es un posible ejemplo de un planeta de carbono.

Definición

Un planeta así tendría probablemente un núcleo rico en hierro como los planetas terrestres conocidos . Alrededor de este habría carburo de silicio fundido y carburo de titanio . Por encima de esto, una capa de carbono en forma de grafito , posiblemente con un sustrato de diamante de kilómetros de espesor si hay suficiente presión. Durante las erupciones volcánicas, es posible que los diamantes del interior pudieran subir a la superficie, dando lugar a montañas de diamantes y carburos de silicio. La superficie contendría hidrocarburos congelados o líquidos (por ejemplo, alquitrán y metano ) y monóxido de carbono . [7] Un ciclo climático es hipotéticamente posible en planetas de carbono con atmósfera, siempre que la temperatura media de la superficie sea inferior a 77 °C.

Sin embargo, los planetas de carbono probablemente no contengan agua , que no se puede formar porque el oxígeno que traigan los cometas o asteroides reaccionará con el carbono de la superficie. La atmósfera de un planeta de carbono relativamente frío estaría compuesta principalmente de dióxido de carbono o monóxido de carbono con una cantidad significativa de smog de carbono . [8]

Composición

Comparación de tamaños de planetas con diferentes composiciones [9]

Se prevé que los planetas de carbono tengan un diámetro similar al de los planetas de silicato y agua de la misma masa, lo que podría dificultar su distinción. [10] También podrían estar presentes los equivalentes de las características geológicas de la Tierra, pero con composiciones diferentes. Por ejemplo, los ríos podrían estar compuestos de petróleo. Si la temperatura es lo suficientemente baja (por debajo de los 350 K), los gases podrían sintetizarse fotoquímicamente en hidrocarburos de cadena larga, que podrían caer en forma de lluvia sobre la superficie.

En 2011, la NASA canceló una misión, llamada TPF , que debía ser un observatorio mucho más grande que el telescopio espacial Hubble y que habría sido capaz de detectar este tipo de planetas. Los espectros de los planetas de carbono carecerían de agua, pero mostrarían la presencia de sustancias carbonosas, como el monóxido de carbono.

Posibles candidatos

Draugr, Poltergeist y Phobetor

Los planetas pulsares Draugr , Poltergeist y Phobetor pueden ser planetas de carbono que se formaron a partir de la ruptura de una estrella productora de carbono . Los planetas de carbono también podrían estar ubicados cerca del centro galáctico o en cúmulos globulares que orbitan la galaxia, donde las estrellas tienen una proporción carbono-oxígeno más alta que el Sol. Cuando las estrellas viejas mueren, arrojan grandes cantidades de carbono. A medida que pasa el tiempo y terminan más y más generaciones de estrellas, la concentración de carbono y los planetas de carbono aumentarán. [11]

Janssen

En octubre de 2012 se anunció que Janssen había demostrado ser un planeta de carbono. Tiene ocho veces la masa de la Tierra y el doble de radio. Las investigaciones indican que el planeta, que se encuentra a 2150 °C (3900 °F), está "cubierto de grafito y diamante en lugar de agua y granito". Orbita alrededor de la estrella Copérnico una vez cada 18 horas. [12]

Otros objetos ricos en carbono

En agosto de 2011, Matthew Bailes y su equipo de expertos de la Universidad Tecnológica de Swinburne, en Australia, informaron que el púlsar de milisegundos PSR J1719-1438 podría tener una estrella compañera binaria que se ha aplastado hasta formar un planeta mucho más pequeño, compuesto en gran parte de diamante sólido. Dedujeron que un pequeño planeta compañero debe estar orbitando alrededor del púlsar y provocando una atracción gravitatoria detectable. Un examen más detallado reveló que, aunque el planeta es relativamente pequeño (60.000 km de diámetro, o cinco veces más grande que la Tierra), su masa es ligeramente superior a la de Júpiter. La alta densidad del planeta dio al equipo una pista sobre su probable composición de carbono y oxígeno, y sugirió la forma cristalina de los elementos. [13] Sin embargo, se plantea la hipótesis de que este "planeta" son los restos de una compañera enana blanca evaporada , siendo solo el núcleo interno remanente. Según algunas definiciones de planeta, esto no calificaría porque se formó como una estrella. [14]

A una distancia de267+1,2
-0,9
pc (aproximadamente 870 años luz), [15] PSR J2222−0137 es un púlsar binario de masa intermedia cercano cuya estrella de neutrones de baja masa acompaña a una enana blanca (PSR J2222−0137 B). La enana blanca tiene una masa relativamente grande de 1,319 ± 0,004  M ☉ [16] y una temperatura inferior a 3000 K, [15] lo que significa que es probable que esté cristalizada, lo que lleva a que esta enana blanca del tamaño de la Tierra se describa como una "estrella de diamante". [17]

Enanas marrones

Es probable que los planetas que giran alrededor de enanas marrones sean planetas de carbono sin agua. [18]

Véase también

Referencias

  1. ^ Kuchner, Marc J. ; Seager, S. (2005). "Planetas de carbono extrasolares". arXiv : astro-ph/0504214 .
  2. ^ Lodders, Katharina (2004). "Júpiter se formó con más alquitrán que calor" (PDF) . The Astrophysical Journal . 611 (1): 587–597. Bibcode :2004ApJ...611..587L. doi :10.1086/421970. S2CID  59361587.
  3. ^ Fegley, Bruce Jr.; Cameron, AGW (abril de 1987). "Un modelo de vaporización para el fraccionamiento de hierro/silicato en el protoplaneta Mercurio" (PDF) . Earth and Planetary Science Letters . 82 (3–4): 207–222. Bibcode :1987E&PSL..82..207F. CiteSeerX 10.1.1.667.7941 . doi :10.1016/0012-821X(87)90196-8. 
  4. ^ PE Nissen, La relación carbono-oxígeno en estrellas con planetas
  5. ^ Stonkute, E.; Chorniy, Y.; Tautvaišienė, G.; Drazdauskas, A.; Minkevičiūtė, R.; Mikolaitis, Š.; Kjeldsen, H.; Essen, C. von; Pakštienė, E.; Bagdonas, V. (2020). "Estudio espectroscópico de alta resolución de estrellas enanas en el cielo del norte: abundancias de litio, carbono y oxígeno". La Revista Astronómica . 159 (3): 90. arXiv : 2002.05555 . Código Bib : 2020AJ....159...90S. doi : 10.3847/1538-3881/ab6a19 . S2CID  211096705.
  6. ^ Teske, Johanna K.; Cunha, Katia; Schuler, Simon C.; Griffith, Caitlin A.; Smith, Verne V. (2013). "Abundancias de carbono y oxígeno en exoplanetas ricos en metales fríos: un estudio de caso de la relación C/O de 55 Cancri". The Astrophysical Journal . 778 (2): 132. arXiv : 1309.6032 . Código Bibliográfico :2013ApJ...778..132T. doi :10.1088/0004-637X/778/2/132. S2CID  119291907.
  7. ^ Musser, George (enero de 2010). «Planetas similares a la Tierra podrían estar hechos de carbono». Scientific American . Consultado el 3 de enero de 2013 .
  8. ^ "Kohlenstoffplaneten", Space Magazin, abril de 2014 (p. 35, en alemán)
  9. ^ Naeye, Bob (24 de septiembre de 2007). "Los científicos modelan una cornucopia de planetas del tamaño de la Tierra". Centro de vuelo espacial Goddard .
  10. ^ Seager, Sara ; Kuchner, Marc ; Hier-Majumder, Catherine; Militzer, Burkhard (2007). "Relaciones masa-radio para exoplanetas sólidos". The Astrophysical Journal . 669 (2): 1279. arXiv : 0707.2895 . Código Bibliográfico :2007ApJ...669.1279S. doi :10.1086/521346. S2CID  8369390.
  11. ^ "Planetas de carbono: arte espacial e ilustraciones astronómicas". Novacelestia.com . Consultado el 3 de enero de 2013 .
  12. ^ Wickham, Chris (15 de octubre de 2012). «¿Un diamante más grande que la Tierra?». Reuters . Archivado desde el original el 5 de marzo de 2016. Consultado el 3 de enero de 2013 .
  13. ^ "Se ha descubierto un planeta de diamante sólido". Australian Geographic . 26 de agosto de 2011. Archivado desde el original el 6 de octubre de 2011.
  14. ^ Lemonick, Michael (26 de agosto de 2011). «Los científicos descubren un diamante tan grande como un planeta». Time . Archivado desde el original el 26 de agosto de 2011.
  15. ^ ab Kaplan, David L.; Boyles, Jason; Dunlap, Bart H.; Tendulkar, Shriharsh P.; Deller, Adam T.; Ransom, Scott M.; McLaughlin, Maura A.; Lorimer, Duncan R.; Stairs, Ingrid H. (2014). "Un compañero de 1,05 M para PSR J2222–0137: ¿La enana blanca más fría conocida?". The Astrophysical Journal . 789 (2): 119. arXiv : 1406.0488v1 . Código Bibliográfico :2014ApJ...789..119K. doi :10.1088/0004-637X/789/2/119. ISSN  0004-637X. S2CID  19986066.
  16. ^ Guo, YJ; Freire, PCC; Guillemot, L.; Kramer, M.; Zhu, WW; Wex, N.; McKee, JW; Deller, A.; Ding, H.; Kaplan, DL; Stappers, B.; Cognard, I.; Miao, X.; Haase, L.; Keith, M.; Ransom, SM; Theureau, G. (2021). "PSR J2222−0137. I. Parámetros físicos mejorados para el sistema". Astronomía y astrofísica . 654 : A16. arXiv : 2107.09474 . Código Bibliográfico :2021A&A...654A..16G. doi :10.1051/0004-6361/202141450. Número de identificación del sujeto  236134389.
  17. ^ Drake, Nadia (24 de junio de 2014). «Los astrónomos encuentran un diamante de cocción lenta del tamaño de la Tierra». National Geographic . Archivado desde el original el 21 de marzo de 2021.
  18. ^ Pascucci, Ilaria ; Herczeg, Greg; Carr, John S.; Bruderer, Simon (diciembre de 2013). "El contenido atómico y molecular de los discos alrededor de estrellas de muy baja masa y enanas marrones" (PDF) . The Astrophysical Journal . 779 (2): 178. arXiv : 1311.1228 . Bibcode :2013ApJ...779..178P. doi :10.1088/0004-637X/779/2/178. hdl :11858/00-001M-0000-0017-AAEA-0. S2CID  119001471.