Los subneptunos, planetas con radios de entre dos y cuatro radios terrestres, constituyen la mayoría de los mundos de período corto de la Galaxia, pero su estructura y su evolución siguen siendo objeto de debate. Las observaciones de tránsitos en la línea del helio metaestable (He*) permiten seguir directamente la pérdida de atmósfera, y la anchura de la línea ayuda a distinguir la fotoevaporación de la pérdida de masa por el calor del núcleo. El trabajo se suma a los estudios recientes sobre atmósferas de subneptunos y exoplanetas realizados con telescopios espaciales y terrestres, pero destaca por la profundidad récord de la señal y por su relación con la juventud del sistema. GJ 3090b ya se había estudiado con el JWST y el VLT, pero solo la alta resolución espectral de WINERED ha permitido ver detalles del flujo de escape que antes resultaban inaccesibles.
Las observaciones se llevaron a cabo con el telescopio Magallanes II, de 6,5 metros, y el espectrógrafo infrarrojo WINERED, que ofrece una resolución de alrededor de 68 000. Se registraron dos tránsitos consecutivos de GJ 3090b en septiembre de 2024, con 64 y 80 espectros por noche. Los datos se procesaron con la canalización WARP, se corrigieron las diferencias sistemáticas entre las posiciones del telescopio y se construyó una plantilla estelar a partir de las imágenes fuera del tránsito. Después, la señal en la línea del helio se describió con un modelo de tres gaussianas con un desplazamiento y una anchura comunes, y el ruido se modeló mediante un proceso gaussiano. Para interpretar el flujo de escape se emplearon dos modelos hidrodinámicos independientes, sunbather y pyTPCI, que calculan de forma distinta el calentamiento y la aceleración del gas.
La absorción máxima en la línea del helio fue de 2,033±0,086% en la primera noche y de 1,619±0,122% en la segunda, lo que corresponde a significancias de 23,6σ y 13,3σ. Es mucho más profunda que las señales típicas de los subneptunos y equivale a una capa ópticamente opaca situada a casi cuatro radios planetarios. La anchura de la línea, de unos 25 km/s, apunta a un flujo fotoevaporativo caliente y no a un viento lento impulsado por el calor del núcleo. No se detectó desplazamiento de la línea, lo que indica que no hay una interacción fuerte con el viento estelar. La comparación con los datos del JWST/NIRISS reveló una discrepancia de 8,5σ: la señal de WINERED es más profunda, lo que confirma la variabilidad del flujo de escape. Las simulaciones mostraron que la metalicidad de la atmósfera no supera aproximadamente las cien veces el valor solar y que la pérdida de masa alcanza los 10^11 gramos por segundo.
El trabajo demuestra por primera vez que un subneptuno con un radio de unos dos radios terrestres puede albergar un flujo fotoevaporativo tan potente que llena más de la mitad de la cavidad de Roche. Esto lo distingue de estudios cercanos en los que las señales de helio eran más débiles o ambiguas, y subraya el valor de la alta resolución espectral para los planetas pequeños. La detección de una capa de aerosoles en lugar de una metalicidad elevada resuelve una antigua ambigüedad en la interpretación de los espectros planos de la atmósfera inferior de GJ 3090b. Además, la estimación de una vida útil de la envoltura de solo 300 millones de años sitúa al planeta en la categoría de los «adolescentes» que atraviesan una fase crítica de su evolución, algo importante para entender la formación del valle de los radios.
El tema puede avanzar hacia un estudio sistemático de los subneptunos con WINERED: el consorcio planea medir la absorción de helio en más de treinta objetos con una precisión de hasta el 0,2%. Esto permitirá separar estadísticamente las contribuciones de la fotoevaporación y de la pérdida de masa por el calor del núcleo en la formación del valle de los radios. Las observaciones futuras de GJ 3090b, sobre todo durante las fulguraciones estelares, ayudarán a entender cómo la radiación variable de la estrella controla el flujo de escape. El uso conjunto de datos de alta y baja resolución, por ejemplo del JWST y de espectrógrafos terrestres, se convertirá en el estándar para poner a prueba los modelos de evolución atmosférica.
Los resultados influirán en los modelos de evolución de los exoplanetas pequeños y en la interpretación de los espectros de subneptunos obtenidos por el JWST. También son importantes para planificar futuros estudios de pérdida atmosférica en planetas con radios de entre un radio y medio y cuatro radios terrestres.
El siguiente paso inmediato es observar tránsitos adicionales de GJ 3090b para confirmar la variabilidad del flujo de escape y precisar su geometría. En paralelo, el consorcio seguirá acumulando estadísticas de otros subneptunos para identificar la relación entre el ritmo de pérdida de masa y las propiedades del planeta.
El trabajo aborda directamente la cuestión no resuelta del origen del valle de los radios: qué mecanismos de pérdida atmosférica transforman los subneptunos en supertierras y en qué proporción lo hacen. También contribuye al problema de la interpretación de los espectros de transmisión planos, donde todavía no está claro qué pesa más: una metalicidad alta o los aerosoles. Por último, la variabilidad de la señal de helio vincula esta investigación con el papel, poco estudiado, de la actividad estelar en la evolución de las atmósferas.
La línea del helio en una longitud de onda de 10833 ángstroms es tan sensible a las condiciones de las capas altas de la atmósfera que a veces se la llama «el termómetro de los gases que escapan». En GJ 3090b resultó tan profunda que el planeta parece un gigante gaseoso en miniatura que pierde materia, aunque por tamaño solo duplica a la Tierra.
La rápida pérdida de atmósfera de un subneptuno joven recuerda al destino del planeta Kamino del universo de «Star Wars», cuyo mundo oceánico va perdiendo poco a poco su habitabilidad a causa de los cambios climáticos. En la realidad, GJ 3090b no pierde agua, sino su envoltura de hidrógeno y helio, pero el motivo de «un planeta al borde de un cambio irreversible» resulta reconocible.