¿La Naturaleza O La Crianza Dieron Forma A Los Planetas Más Comunes De La Vía Láctea?

 Una encuesta dirigida por Carnegie de candidatos a exoplanetas identificados por el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en tránsito (TESS) de la NASA está sentando las bases para ayudar a los astrónomos a comprender cómo se formaron y evolucionaron los planetas más comunes de la Vía Láctea, y determinar por qué el patrón de órbitas y tamaños planetarios de nuestro Sistema Solar es tan inusual. 

Johanna Teske de Carnegie, Sharon Wang de la Universidad de Tsinghua (antes de Carnegie) y Angie Wolfgang (antes de la Universidad de Penn State y ahora en SiteZeus), encabezaron la Encuesta Magellan-TESS (MTS), que se encuentra a la mitad de su duración planificada de tres años. Sus hallazgos a mitad de la encuesta, en colaboración con un gran grupo internacional de investigadores, se publicarán en la Astrophysical Journal Supplement Series. 

La misión Kepler de la NASA reveló que nuestra galaxia está repleta de planetas, descubriendo miles de mundos confirmados y prediciendo que existen miles de millones más. Una de las sorpresas contenidas en esta recompensa es que los exoplanetas entre el tamaño de la Tierra y Neptuno son los más comunes descubiertos hasta ahora, a pesar de que no existe ninguno en nuestro propio Sistema Solar. Estos planetas «intermedios» parecen tener dos tamaños distintos, aproximadamente de uno a 1,7 (super-Tierras) y aproximadamente de dos a tres veces el tamaño de la Tierra (mini-Neptuno), lo que indica un contenido de gas diferente en sus composiciones.

Este diagrama ilustra cómo los planetas se ensamblan y clasifican en dos clases de tamaño distintas. Primero, los núcleos rocosos de los planetas se forman a partir de piezas más pequeñas. Entonces, la gravedad de los planetas atrae hidrógeno y helio. Finalmente, los planetas son «horneados» por la luz de las estrellas y pierden algo de gas. La Encuesta Magellan-TESS (MTS) tiene como objetivo comprender con más detalle cómo pueden diferir las vías de formación de las súper Tierras y los mini Neptunos. 
Crédito: NASA / Kepler / Caltech (R. Hurt).

Objetivo del estudio

“Queremos entender si las super-Tierras y los mini-Neptunos eran distintos en sus orígenes más tempranos, o si algún aspecto de su evolución hizo que se desviaran unas de otros”, explicó Teske. “En cierto sentido, esperamos sondear la cuestión naturaleza – crianza para los exoplanetas más comunes de la galaxia: ¿estos planetas nacieron de manera diferente o divergieron debido a su entorno? ¿O es algo intermedio? «

Combinando los datos de TESS con los de los telescopios Magallanes

La encuesta utiliza datos de TESS y observaciones de los telescopios Magallanes en el Observatorio Las Campanas de Carnegie en  Chile para estudiar una selección de 30 candidatos a planetas pequeños y de período relativamente corto. Los datos de TESS muestran caídas de brillo cuando un objeto pasa frente a su estrella anfitriona. La cantidad de atenuación permite al equipo de inspección medir el radio de un planeta candidato. Esta información se combina con las observaciones recopiladas por el Espectrógrafo Buscador de Planetas en Las Campanas que funciona utilizando una técnica llamada método de velocidad radial, que actualmente es la forma más común para que los astrónomos midan las masas de planetas individuales. 

Buscando tendencias en las variables fundamentales y sus relaciones

El equipo de estudio de Magellan-TESS está interesado en la interacción entre las variables clave que podrían ayudar a los astrónomos a caracterizar mejor las vías de formación de los planetas tipo super-Tierra y mini-Neptuno. Buscan tendencias en las relaciones entre la masa de un planeta y su radio; las propiedades de su estrella anfitriona, incluida la composición y la cantidad de energía que irradia al planeta; y la arquitectura del sistema planetario del que forma parte el planeta. 

“La relación subyacente entre el radio y la masa de estos pequeños planetas es crucial para determinar sus composiciones generales, a través de su densidad general, así como cuánta variación hay en sus composiciones”, explicó Wolfgang. «Cuantificar esta relación nos ayudará a discernir si hay una vía de formación o múltiples vías»

La Encuesta fue diseñada para evitar sesgos

Lo que distingue a esta encuesta del trabajo anterior es su alcance: el equipo diseñó la encuesta desde el principio para tratar de tener en cuenta los sesgos que podrían sesgar la forma en que se interpretan los resultados en un contexto más amplio. Su objetivo es poder sacar conclusiones sólidas sobre las super-Tierras y los planetas mini-Neptuno como población, frente a solo una colección de 30 objetos individuales. 

Los hallazgos a mitad de la encuesta, que representan una contribución significativa al número de planetas pequeños con masas y radios conocidos, ya apuntan a evidencia de pequeños sesgos de selección observacional que pueden haber afectado el trabajo de los científicos en las mediciones de masas. Por lo tanto, el MTS podría proporcionar un marco importante para futuros estudios de velocidad radial de planetas en tránsito. 

Concepción artística de la Encuesta por satélite de exoplanetas en tránsito, o TESS, (izquierda) que identificó a los planetas candidatos estudiados por el equipo de MTS. 
La ilustración es cortesía del Goddard Space Flight Center de la NASA. 
Telescopio Magellan Clay en el Observatorio Las Campanas de Carnegie (derecha), donde el equipo de inspección y otros utilizan el espectrógrafo Planet Finder. 
Foto de Yuri Beletsky, cortesía de Carnegie Institution for Science.

Mirando hacia el futuro

De cara al futuro, la próxima mitad de la encuesta se centrará en completar la muestra (este documento contiene 22 de los 30 candidatos planificados) y en continuar monitoreando todos los sistemas en busca de planetas de períodos más largos no detectados por TESS para sondear las arquitecturas del sistema. Verificar la influencia de la composición de la estrella anfitriona es otro paso siguiente, ya que trabajos anteriores han sugerido que las composiciones de los planetas pueden estar relacionadas con las de las estrellas que orbitan. 

«Esperamos que la obtención de esta comprensión multidimensional mejore significativamente nuestro conocimiento de la evolución de exoplanetas y quizás explique por qué nuestro propio Sistema Solar parece inusual», concluyó Wang.

Fuente: Carnegie Institution For Science.

Artículo original:Did Nature Or Nurture Shape The Milky Way’s Most Common Planets?Johanna Teske. August 6, 2021.

Material relacionado

La Revolución de Kepler

Representación artística de la gran variedad de exoplanetas descubiertos por Kepler. Estos planetas abarcan una amplia gama de composiciones, temperaturas, distancias orbitales y tamaños, la mayoría de los cuales no están representados en nuestro Sistema Solar. Crédito: NASA Ames Research Center / Wendy Stenzel.

A principios de 2009, se lanzó un cohete que transportaba un instrumento que cambiaría fundamentalmente nuestra visión de nuestra posición en el Universo.

Ese instrumento es el Telescopio Espacial Kepler, una pequeña nave espacial que abrió una gran ventana a los muchos miles de exoplanetas esparcidos por toda la Vía Láctea. Gracias a Kepler, ahora sabemos que la Tierra no es un único punto azul pálido en el Universo.

Los datos muestran que el telescopio fue un verdadero transformador del juego.

¿Cuán revolucionario ha sido este telescopio espacial? Aquí hay nueve hallazgos notables de Kepler que cambiaron para siempre el campo de la Astronomía.

Kepler muestra que los  exoplanetas pequeños son o súper-Tierras o mini-Neptunos

Este bosquejo ilustra un árbol de la familia de los exoplanetas. Los planetas nacen de discos arremolinados de gas y polvo llamados  discos protoplanetarios. Los discos dan lugar a los planetas gigantes como Júpiter, así como también a planetas más pequeños, en su mayoría entre los tamaños de la Tierra y Neptuno. Los investigadores que utilizan datos del Observatorio WM Keck y de la misión Kepler de la NASA descubrieron que los planetas más pequeños se pueden dividir limpiamente en dos grupos de tamaño: los planetas rocosos similares a la Tierra y súper-Tierras, y los gaseosos mini-Neptunos. Crédito: NASA / Kepler / Caltech (T. Pyle).

En un nuevo estudio dirigido por el Caltech, los investigadores han clasificado estos planetas en la misma forma que los biólogos  identifican nuevas especies animales y han aprendido que la mayoría de los exoplanetas conocidos a la fecha se distribuyen en relación a su tamaño en dos grupos  distintos:  los planetas rocosos similares a la Tierra y los mini -Neptunos de mayor tamaño  El equipo utilizó datos de la misión Kepler de la NASA y del Observatorio WM Keck.

La Brecha de Radio de los Exoplanetas

Una simulación por computadora de cómo cambia la distribución de los tamaños de los planetas a medida que envejecen los sistemas planetarios. La brecha de radio es evidente alrededor del doble del radio de la Tierra, aunque depende de los períodos orbitales de los planetas. La evidencia sugiere que la brecha cambia con el tiempo. A medida que los planetas mini-Neptuno envueltos en gas pierden su atmósfera, dejan atrás una súper Tierra sólida. Se resalta un planeta que está experimentando este proceso (representado como un núcleo con atmósfera), con su cambio de tamaño representado a la derecha. 
Crédito: Animación de Erik Petigura (UCLA); Simulación de James Owen (Imperial College London)

Las misiones de búsqueda de planetas han descubierto miles de mundos orbitando estrellas distantes. Pero en ellos, existe una grave escasez de exoplanetas que miden entre 1,5 y dos veces el radio de la Tierra. Ese es el término medio entre las supertierras rocosas y los planetas más grandes cubiertos de gas llamados mini-Neptunos. Desde que descubrieron esta ‘brecha de radio’ en 2017, los científicos han estado investigando por qué hay tan pocos cuerpos celestes de tamaño mediano.

Estudiando datos del telescopio espacial Kepler, investigadores del Instituto Flatiron encontraron que la contracción planetaria durante miles de millones de años probablemente explica este misterio. El artículo siguiente lo presenta y contiene una selección de recursos sobre el tema.

¿Qué tan especial es el Sistema Solar?

Ahora podemos observar la formación de planetas alrededor de otras estrellas. 
Crédito: ESO

Nuestro Sistema Solar sigue un patrón claro. Pequeños planetas rocosos cerca del Sol, grandes planetas gaseosos más lejos y un Cinturón de Astroides entre ellos. En un nivel amplio, eso parecería tener sentido. A medida que se formaba el Sol, la intensa energía de su viento solar recién descubierto tendería a empujar elementos más ligeros como el hidrógeno y el helio hacia el sistema solar exterior, dejando atrás solo material rocoso. Entonces es tentador imaginar que la mayoría de los sistemas solares seguirían un patrón similar de planetas rocosos cercanos y gigantes gaseosos más distantes. Pero a medida que hemos descubierto más sistemas exoplanetarios, encontramos que ese no es el caso. De hecho, cada vez parece más que nuestro Sistema Solar podría ser la excepción y no la norma.

La siguiente publicación lo examina.

Curiosidades

Explorando la ‘gramática’ oculta de cómo se ordenan los planetas en el espacio

Los investigadores utilizaron herramientas de procesamiento del lenguaje natural para analizar la estructura de miles de sistemas plantarios.

Un nuevo estudio aprovecha el aprendizaje profundo y la lingüística para comprender cómo miles de planetas más allá de nuestro Sistema Solar se configuran alrededor de sus estrellas anfitrionas. En esta sesión de preguntas y respuestas, Emily Sandford, GSAS’20, explica cómo se pueden analizar los planetas como un conjunto de palabras en una oración.

Marcar el enlace permanente.

Comentarios cerrados.