La migración planetaria temprana puede explicar la desaparición de planetas

El modelo da cuenta de la escasez de planetas con masas entre súper-Tierras y mini-Neptunos

 Un nuevo modelo que da cuenta de la interacción de las fuerzas que actúan sobre los planetas recién nacidos puede explicar dos observaciones desconcertantes que han surgido repetidamente entre los más de 3800 sistemas planetarios catalogados hasta la fecha.

Una ilustración de las variaciones entre los más de 5000 exoplanetas conocidos descubiertos desde la década de 1990. 
Crédito:
NASA/JPL-Caltech

Un rompecabezas conocido como el «valle de radio» se refiere a la rareza de los exoplanetas con un radio de aproximadamente 1,8 veces el de la Tierra. La nave espacial Kepler de la NASA observó planetas de este tamaño entre 2 y 3 veces menos que supertierras con radios de aproximadamente 1,4 veces el de la Tierra y mini-Neptunos con radios de aproximadamente 2,5 veces el de la Tierra. El segundo misterio, conocido como “guisantes en una vaina”, se refiere a planetas vecinos de tamaño similar que se han encontrado en cientos de sistemas planetarios. Estos incluyen TRAPPIST-1 y Kepler-223, que también cuentan con órbitas planetarias de armonía casi musical.

«Creo que somos los primeros en explicar el valle de radio utilizando un modelo de formación de planetas y evolución dinámica que da cuenta de manera coherente de múltiples limitaciones de las observaciones», dijo André Izidoro de la Universidad de Rice, autor correspondiente de un estudio publicado esta semana en Astrophysical Journal Letters. «También podemos demostrar que un modelo de formación de planetas que incorpora impactos gigantes es consistente con la característica de exoplanetas de guisantes en una vaina».

André Izidoro. Crédito foto: Jeff Fitlow/Universidad Rice

Izidoro, becario postdoctoral de Welch en el proyecto CLEVER Planets de Rice financiado por la NASA, y los coautores utilizaron una supercomputadora para simular los primeros 50 millones de años del desarrollo de sistemas planetarios utilizando un modelo de migración planetariaEn el modelo, los discos protoplanetarios de gas y polvo que dan origen a los planetas jóvenes también interactúan con ellos, acercándolos a sus estrellas madre y encerrándolos en cadenas orbitales resonantes. Las cadenas se rompen al cabo de unos pocos millones de años, cuando la desaparición del disco protoplanetario provoca inestabilidades orbitales que hacen que dos o más planetas choquen entre sí.

Los modelos de migración planetaria se han utilizado para estudiar sistemas planetarios que han conservado sus cadenas orbitales resonantes. Por ejemplo, Izidoro y sus colegas de CLEVER Planets  utilizaron un modelo de migración en 2021 para calcular la cantidad máxima de interrupción que el sistema de siete planetas de TRAPPIST-1 podría haber soportado durante el bombardeo y aun así retuvo su estructura orbital armoniosa.

Una ilustración que muestra la escasez de exoplanetas de aproximadamente 1,8 veces el tamaño de la Tierra que fueron observados por la nave espacial Kepler de la NASA. 
Crédito Gráfico:
A. Izidoro/Universidad Rice.

En el nuevo estudio, Izidoro se asoció con los investigadores de CLEVER Planets Rajdeep Dasgupta y Andrea Isella , ambos de Rice, Hilke Schlichting de la Universidad de California, Los Ángeles, y Christian Zimmermann y Bertram Bitsch del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania.

“La migración de los planetas jóvenes hacia sus estrellas anfitrionas crea superpoblación y frecuentemente resulta en colisiones cataclísmicas que despojan a los planetas de sus atmósferas ricas en hidrógeno”, dijo Izidoro. «Eso significa que los impactos gigantes, como el que formó nuestra Luna, son probablemente un resultado genérico de la formación de planetas».

La investigación sugiere que los planetas vienen en dos «sabores», súper-Tierras que son secas, rocosas y un 50% más grandes que la Tierra, y mini-Neptunos que son ricos en hielo de agua y aproximadamente 2,5 veces más grandes que la Tierra. Izidoro dijo que las nuevas observaciones parecen respaldar los resultados, que entran en conflicto con la visión tradicional de que tanto las súper-Tierras como los mini-Neptunos son mundos exclusivamente secos y rocosos.

Con base en sus hallazgos, los investigadores hicieron predicciones que pueden ser probadas por el Telescopio Espacial James Webb de la NASA. Sugieren, por ejemplo, que una fracción de planetas de aproximadamente el doble del tamaño de la Tierra retendrá su atmósfera primordial rica en hidrógeno y será rica en agua.

La investigación fue financiada por la NASA (80NSSC18K0828), la Fundación Welch (C-2035-20200401) y el Consejo Europeo de Investigación (757448-PAMDORA).

Fuente: Universidad de Rice

Artículo original:Early planetary migration can explain missing planets‘. Jade Boyd, Nov. 7, 2022.

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Crédito:
NASA / Kepler / Caltech (R. Hurt).

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