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(noticias nanowerk) Normalmente, los planetas en sistemas planetarios desarrollados, como el Sistema Solar, siguen órbitas estables alrededor de su estrella anfitriona. Sin embargo, muchas señales sugieren que algunos planetas pueden abandonar sus lugares de nacimiento migrando hacia adentro o hacia afuera durante su evolución temprana. Esta migración planetaria también podría explicar una observación que ha desconcertado a los investigadores durante varios años: el número relativamente pequeño de exoplanetas con dimensiones aproximadamente dos veces mayores que la Tierra, conocido como valle o brecha del radio. Por el contrario, hay muchos exoplanetas más pequeños y más grandes que este tamaño.
“Hace seis años, un nuevo análisis de los datos del telescopio espacial Kepler reveló una falta de exoplanetas con un tamaño de aproximadamente dos radios terrestres”, explica Remo Burn, investigador de exoplanetas en el Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) de Heidelberg. Él es el autor principal del artículo que informa los resultados presentados en este artículo, ahora publicado en astronomía natural(“Un valle radial entre mundos de vapor migrados y núcleos de roca vaporizados”).
![Distribución de tamaño de exoplanetas observados y simulados con radios inferiores a cinco radios terrestres](https://www.nanowerk.com/news2/space/id64625_1.jpg)
¿De dónde viene el valle del radio?
«De hecho, nosotros, al igual que otros grupos de investigación, ya habíamos predicho, basándonos en nuestros cálculos, que tal brecha debía existir antes de esta observación», explica el coautor Christoph Mordasini, miembro del Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR). ). Planetas. Dirige el Departamento de Investigación Espacial y Ciencias Planetarias de la Universidad de Berna. Esta predicción se produjo durante su etapa como científico en el MPIA, que lleva muchos años investigando este campo junto con la Universidad de Berna.
El mecanismo propuesto más comúnmente para explicar la formación de tal valle radial es que los planetas podrían perder parte de su atmósfera original debido a la radiación de la estrella anfitriona, particularmente gases volátiles como el hidrógeno y el helio. «Sin embargo, esta explicación ignora la influencia de la migración planetaria», explica Burn. Se sabe desde hace unos 40 años que, bajo ciertas condiciones, los planetas pueden moverse hacia adentro y hacia afuera a través de sistemas planetarios a lo largo del tiempo. La eficacia de esta migración y el grado en que influye en la evolución de los sistemas planetarios afecta su contribución a la formación del valle radial.
Misteriosos subneptunos
Dos tipos diferentes de exoplanetas habitan el rango de tamaño que rodea la brecha. Por un lado, hay planetas rocosos que pueden llegar a tener más masa que la Tierra y por eso se llaman supertierras. Por otro lado, los astrónomos de sistemas planetarios distantes descubren cada vez más los llamados subneptunos (también minineptunos), que en promedio son ligeramente más grandes que las súper Tierras.
“Sin embargo, esta clase de exoplanetas no existe en el sistema solar”, subraya Burn. «Por eso todavía no tenemos del todo clara su estructura y composición».
Sin embargo, los astrónomos coinciden en gran medida en que estos planetas tienen una atmósfera mucho más extensa que la de los planetas rocosos. En consecuencia, no estaba claro cómo las propiedades de estos subneptunos contribuyen a la brecha de radio. ¿Podría la brecha sugerir siquiera que estos dos tipos de mundos se forman de manera diferente?
Planetas de hielo errantes
«Basándonos en las simulaciones que publicamos en 2020, los últimos resultados sugieren y confirman que, en cambio, la evolución de los subneptunos después de su nacimiento contribuye significativamente al valle del radio observado», concluye Julia Venturini de la Universidad de Ginebra. Es miembro de la colaboración PlanetS mencionada anteriormente y dirigió el estudio de 2020.
En las regiones heladas de sus lugares de nacimiento, donde los planetas reciben poca radiación de calentamiento de la estrella, los subneptunos deberían tener tamaños que no se encuentran en la distribución observada. A medida que estos planetas presumiblemente helados se acercan a la estrella, el hielo se derrite y eventualmente forma una atmósfera espesa de vapor de agua.
Este proceso conduce a un desplazamiento de los radios planetarios a valores mayores. Las observaciones utilizadas para medir los radios planetarios no pueden distinguir si el tamaño determinado se debe únicamente a la parte sólida del planeta o a una atmósfera densa adicional.
Al mismo tiempo, los planetas rocosos se “encogen” al perder su atmósfera, como ya se indica en la imagen anterior. En general, ambos mecanismos conducen a la falta de planetas con un tamaño de aproximadamente dos radios terrestres.
Modelos físicos informáticos para simular sistemas planetarios.
«La investigación teórica del grupo Berna-Heidelberg ya en el pasado ha ampliado significativamente nuestra comprensión de la formación y composición de los sistemas planetarios», explica el director del MPIA, Thomas Henning. «Por lo tanto, el estudio actual es el resultado de muchos años de trabajo preparatorio conjunto y mejoras constantes de los modelos físicos».
Los últimos resultados provienen de cálculos de modelos físicos que rastrean la formación de planetas y su posterior evolución. Implican procesos en los discos de gas y polvo alrededor de estrellas jóvenes que conducen a la formación de nuevos planetas. Estos modelos incluyen la formación de atmósferas, la mezcla de diferentes gases y la migración radial.
«El objetivo de este estudio fueron las propiedades del agua a las presiones y temperaturas que se producen dentro de los planetas y sus atmósferas», explica Burn. Comprender cómo se comporta el agua en un amplio rango de presión y temperatura es crucial para las simulaciones. Estos conocimientos sólo han adquirido calidad suficiente en los últimos años. Es este componente el que permite un cálculo realista del comportamiento de los subneptunos y explica así la formación de extensas atmósferas en las regiones más cálidas.
«Es sorprendente cómo, como en este caso, las propiedades físicas a nivel molecular influyen en grandes procesos astronómicos, como la formación de atmósferas planetarias», añade Henning.
«Si extendiéramos nuestros resultados a regiones más frías donde el agua es líquida, esto podría indicar la existencia de mundos acuáticos con océanos profundos», dice Mordasini. «Estos planetas podrían albergar vida y serían objetivos relativamente fáciles para la búsqueda de biomarcadores debido a su tamaño».
Próximamente se trabajará más
Sin embargo, el trabajo actual es sólo un hito importante. Aunque la distribución de tamaño simulada es en gran medida consistente con la observada y la brecha de radio está en el lugar correcto, los detalles aún tienen algunas inconsistencias. Por ejemplo, en los cálculos, demasiados planetas helados terminan demasiado cerca de la estrella central. Sin embargo, los investigadores no ven esto como una desventaja, sino que esperan aprender más sobre la migración planetaria de esta manera.
También podrían ser útiles las observaciones con telescopios como el Telescopio Espacial James Webb (JWST) o el Telescopio Extremadamente Grande (ELT), actualmente en construcción. Serían capaces de determinar la composición de los planetas en función de su tamaño y, por tanto, constituirían una prueba para las simulaciones aquí descritas.
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