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NUEVA EVIDENCIA REVELA LO QUE PARECE UN SISTEMA SOLAR "TÍPICO"
Wally Santos / George Dvorsky / Gizmodo
Los astrónomos solían creer que nuestro sistema solar era representativo de la mayoría, si no de todos, de los sistemas planetarios.
Antes del descubrimiento de los exoplanetas, los astrónomos asumieron que la configuración de nuestro sistema solar era típica. Pero ahora, unos 1.715 exoplanetas más adelante, sabemos que estamos lejos de ser ordinarios. Entonces, ¿qué pasa por "normal" en los anales de los sistemas solares? Esto es lo que sabemos ahora.
"Creo que es justo decir que la mayoría de los astrónomos supusieron que nuestro sistema solar era poco probable que fuera una anomalía", dice Eric B. Ford. El trabaja en el Centro para Exoplanetas y Mundos Habitables, y es profesor de Astronomía y Astrofísica en la Universidad Estatal de Pensilvania en State College, Pensilvania.
"Para algunos casos, la suposición fue explícita, pero en otros casos, simplemente no pensamos en sistemas planetarios que eran muy diferentes a los nuestros", dijo Ford.
Imagen NASA
Esto tenía perfecto sentido en el momento dada la falta de evidencia empírica para sugerir lo contrario. Fue una aplicación válida del Principio Copernicano (es decir, no deberíamos suponer que somos especiales en el gran esquema de las cosas). Además, nuestro sistema solar tiene una especie de sabor lógico y consistente, uno en el que pequeños planetas rocosos están estacionados en el interior, y grandes gigantes de gas que cuelgan en el exterior, y todo en ordenadas órbitas casi circulares.
Pero como Ford señala en un documento que aparecIó en Proceedings of the National Academy of Sciences, ahora sabemos que nuestro sistema solar es atípico de múltiples maneras. El descubrimiento de exoplanetas, dice, está brindando muchas oportunidades para mejorar nuestra comprensión de la formación y evolución de los sistemas planetarios.
Dos no son iguales
Los proyectos de cacería de planetas, como la misión Kepler de la NASA y el Estudio del Planeta de California, están proporcionando una gran cantidad de datos para que los científicos los viertan. En febrero del 2014, por ejemplo, la NASA confirmó la existencia de 715 nuevos exoplanetas, un anuncio que aumentó la cifra de exoplanetas conocidos en un factor del 70%. Y fue hace unos tres años que los astrónomos encontraron el primer planeta de la zona habitable del tamaño de la Tierra. En estos días, el desafío para los astrónomos planetarios es dar sentido a todos estos hallazgos.
Vale decir que, como dijo Ford, todavía es prematuro poner una sola cifra del número total de arquitecturas del sistema solar.
"Todavía estamos tratando de dar sentido a todos los sistemas planetarios que encontramos, por lo que no hay un solo número", señaló. "Dicho esto, ya estamos empezando a reconocer que algunas arquitecturas se muestran muchas veces en nuestras búsquedas en el planeta".
Ford dijo el por qué hay tantos tipos diferentes de sistemas solares. "Cuando los planetas comienzan a formarse en algún lugar, no saben cuán grandes se convertirán", explicó. "A menudo, varios planetas comienzan a crecer tan cerca unos de otros que algún tipo de resultado violento es inevitable a medida que crecen en masa".
Colisión de dos planetas en formación
La formación del planeta comienza cuando el gas y el polvo se arremolinan alrededor de lo que se convertirá en una estrella. Parte del polvo se pega para formar guijarros, algunos guijarros se convierten en planetassimales y los planetassimales crecen en planetas.
"Por supuesto, al crecer de una colección de átomos gaseosos a un planeta gigante o incluso rocoso, hay enormes cambios en los tamaños, las masas y la física relevante", explicó Ford. "Si fuera simple, ya nos hubiéramos dado cuenta".
Dicho esto, Ford dice que hay varios tipos de planetas y arquitecturas de sistemas solares que parecen ser bastante comunes en toda la galaxia.
Júpiter calientes
Imagen: ESA / NASA.
Uno de los primeros modelos planetarios que surgió fue uno que presentaba un planeta gigante que orbitaba muy cerca de su estrella anfitriona, un llamado Júpiter caliente. Estos sistemas suelen presentar una brecha entre el gigante gaseoso y cualquier planeta adicional más alejado de la estrella anfitriona. Los Júpiter calientes tienen períodos orbitales de hasta varios días y masas comparables a las de Júpiter o Saturno. Sin embargo, a medida que se han hecho más observaciones, los astrónomos han extendido el período orbital medio de estos planetas a aproximadamente un año. También saben que son más raros de lo que se suponía inicialmente (un producto de los efectos de selección observacional, y un problema que afecta a todas las observaciones).
En términos de cómo se forman los Júpiter calientes, la teoría actual es que comienzan como un núcleo rocoso lejos de su estrella anfitriona, seguido por la acumulación de una envoltura gaseosa y luego la migración a una ubicación orbital incómodamente cercana (a veces tan cerca como ~ 2-5 días de períodos orbitales).
Los científicos no están completamente seguros de por qué ocurre la migración, pero podría ocurrir como resultado de una migración gradual a través del disco protoplanetario o como resultado de efectos gravitacionales dramáticos (es decir, la excitación de una gran excentricidad seguida de la circularización de las mareas). Este proceso esencialmente limpia el sistema solar interno al dispersar cualquier planeta rocoso en el sistema planetario interno en la estrella o en las regiones externas del sistema planetario.
Planetas gigantes cerca de las líneas de nieve
Imagen: ESO / M. Kornmesser / Nick Risinger.
Una segunda arquitectura involucra planetas gigantes con períodos orbitales mayores, típicamente alrededor de 300 días a alrededor de cuatro años. Estos sistemas contienen varios planetas significativamente más grandes que la Tierra, pero más pequeños que Neptuno. Están agrupados juntos, todos orbitan más cerca de su estrella que la Tierra a nuestro sol, y típicamente en órbitas casi circulares.
Algunos de estos planetas pueden haberse formado más lejos en el disco y migrar a su ubicación actual. Y puede que no sea una coincidencia que muchos de estos planetas residan cerca de la línea de agua y nieve (la ubicación en el disco protoplanetario donde la densidad de la superficie sólida aumenta debido a la condensación del hielo de agua).
"Debido a que la línea de nieve afecta la formación de planetesimales, la migración de planetas gigantes hacia la línea de nieve podría acomodarse mediante una variedad de modelos de migración, incluida la migración a través de un disco gaseoso, la migración por dispersión planetesimal o incluso mediante la dispersión de planetas o planetas de múltiples núcleos ", escribe Ford en su artículo.
Planetas gigantes de período largo
Los astrónomos también están descubriendo planetas gigantes con distancias orbitales que van desde unas pocas UA (Unidades Astronómicas) a varias UA. Estos sistemas contienen de dos a cuatro planetas gigantes que orbitan alrededor de su estrella a una distancia comparable a la de Venus a nuestro Sol, a menudo con órbitas significativamente alargadas.
Comparación de nuestro sol con otros astros gigantes
Estas órbitas amplias y excéntricas sugieren que algunos de estos planetas expulsaron a otros del sistema planetario anfitrión. Y, de hecho, los estudios han demostrado que este efecto de "dispersión del planeta" puede producir naturalmente una amplia gama de órbitas excéntricas observadas por los astrónomos.
Otra posibilidad intrigante es que los planetas en órbitas anchas se formaron alrededor de una estrella de un sistema solar diferente, eventualmente haciendo su camino hacia una nueva estrella anfitriona.
Super-Tierras y Mini Neptunes
Kepler 22b es unas 5 veces mayor que la Tierra
Algunos sistemas presentan objetos de masa Neptuno y súper-Tierra en períodos orbitales cortos. Estos planetas parecen ser mucho más comunes que los planetas gigantes. Curiosamente, la mayoría de las estrellas de tipo solar albergan un planeta de tamaño sub-Neptuno.
Sistemas planetarios interiores bien empaquetados en períodos cortos (STIPS)
Pero aunque los mini-Neptunes pueden ser extremadamente comunes, también estamos aprendiendo que nuestra galaxia es hogar de una gran cantidad de sistemas con múltiples planetas. Un sistema típico contiene planetas con órbitas relativamente cortas, que varían de aproximadamente uno a 100 días. Estos sistemas tienden a estar fuertemente empaquetados, lo que sugiere períodos orbitales correlacionados. La masa de la mayoría de estos planetas está dominada por rocas, hielo o agua, pero no por gas. Ford dice que estos planetas no acumularon un núcleo rocoso antes de limpiar el disco protoplanetario, y es concebible que sus atmósferas sean el resultado de la desgasificación (en lugar de la acumulación de gas del disco).
Otros
Ford también agregó acerca de otros dos tipos: un planeta gigante en una órbita muy lenta y amplia mucho más alejada de su estrella anfitriona que cualquiera de los planetas de nuestro sistema solar que provienen del Sol, y un planeta gigante que órbita alrededor de un sistema estelar binario.
La vida en planetas bastante extraños
El trabajo de Ford también tiene implicaciones en la búsqueda de vida extraterrestre.
"La historia de cómo se formaron los planetas puede tener un impacto significativo en su habitabilidad", dice. "Por ejemplo, la mayor parte del agua original de la Tierra puede haberse perdido en el espacio. En ese caso, gran parte del agua de la Tierra actual puede haber sido adquirida por colisiones con asteroides y cometas. La velocidad de esas colisiones depende de las ubicaciones y masas de otras planetas, en nuestro sistema solar, la órbita de Júpiter es particularmente importante. Por lo tanto, no solo queremos encontrar planetas individuales. En cambio, queremos caracterizar todos los planetas que orbitan alrededor de una estrella y combinar nuestro conocimiento sobre cada uno de ellos para reconstruir su historia", apuntó.
Image: ESO/L. Calçada.
Por lo tanto, su artículo propone algunas preguntas interesantes, tales como, ¿vale la pena buscar signos de vida en planetas más grandes que la Tierra y probablemente envueltos en una atmósfera densa? Y si es así, ¿qué buscaríamos? Además, si no encontramos ninguna evidencia de vida, ¿sería un hallazgo significativo? ¿O nuestra búsqueda sería tan primitiva que no es realmente un resultado interesante?
Afortunadamente, es posible que podamos responder algunas de las preguntas en los próximos años.
"Se puede esperar que los astrónomos busquen y encuentren planetas rocosos orbitando alrededor de estrellas brillantes y cercanas", dice. "Serán más fáciles de estudiar en más detalles. Con las búsquedas de imágenes directas en tierra y el Telescopio Espacial James Webb, probablemente aprendamos mucho más sobre las atmósferas de los planetas del tamaño de Júpiter y Neptuno", dijo finalmente Ford.
