La forma de la órbita de un planeta es una de sus propiedades fundamentales, junto con su tamaño y distancia de su estrella anfitriona. La Tierra tiene una órbita casi circular, pero algunos planetas fuera de nuestro sistema solar, llamados exoplanetas, tienen órbitas muy elípticas. Los astrofísicos de la UCLA ahora han medido la forma de las órbitas de los exoplanetas, desde el tamaño de Júpiter hasta el tamaño de Marte, y han demostrado que los planetas pequeños tienen órbitas casi circulares, mientras que los planetas gigantes tienen órbitas aproximadamente cuatro veces más elípticos que los planetas más pequeños. El hallazgo apunta hacia dos vías diferentes por las cuales se forman los planetas grandes y pequeños.
«Lo que encontramos es que justo alrededor del tamaño de Neptuno, los planetas pasan de estar casi siempre en órbitas circulares a muy a menudo tener órbitas elípticas», dijo el investigador postdoctoral de la UCLA, Gregory Gilbert, el autor principal de un artículo que describe los hallazgos publicados en Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
Los investigadores utilizaron datos recopilados por el telescopio Kepler de la NASA, que monitoreó 150,000 estrellas y midió las caídas en su brillo causado por los planetas que transitan para descubrir miles de exoplanetas. Las medidas del brillo estelar con el tiempo se llaman curvas de luz. Los investigadores realizaron un análisis detallado de la curva de luz para extraer información sobre la forma de las órbitas de los planetas.
Uno de los aspectos más desafiantes de este proyecto fue garantizar que cada una de las 1.600 curvas de luz estuviera modeladas con cuidado.
«Si las estrellas se comportara como bombillas aburridas, este proyecto habría sido 10 veces más fácil», dijo el coautor Erik Petiguura, profesor de física y astronomía de UCLA. «Pero el hecho es que cada estrella y su colección de planetas tienen sus propias peculiaridades individuales, y fue solo después de ver cada una de estas curvas de luz en las que confiamos en nuestros resultados».
Aquí es donde entró el pregrado de UCLA, Paige Trerican.
«Revisar los datos fue un proceso meticuloso que requirió una inspección cuidadosa de todos los productos de datos para garantizar la validez de nuestros resultados. Varias veces durante este proyecto, identifiqué los modos de falla que solo afectaron al 1% de todas nuestras estrellas. Pero necesitábamos actualizar nuestro análisis para ser robusto para estos problemas y volver y reprocesar todo el conjunto de datos», dijo Entrican.
La división de excentricidad coincide con varias otras características icónicas en la población de exoplanetas, como la alta abundancia de planetas pequeños sobre planetas grandes y una tendencia a que los planetas gigantes se formen solo alrededor de estrellas enriquecidas en elementos pesados como oxígeno, carbono y hierro. Los astrónomos llaman a estos elementos pesados metales.
«Los planetas pequeños son comunes; los planetas grandes son raros. Los planetas grandes necesitan estrellas ricas en metal para formarse; los planetas pequeños no lo hacen. Los planetas pequeños tienen bajas excentricidades y los planetas grandes tienen grandes excentricidades», explicó Gilbert.
La coincidencia de tendencias en abundancia, metalicidad y excentricidad apunta a dos vías distintas para formar planetas pequeños y grandes.
«Ver una transición en las excentricidades de las órbitas en este mismo punto nos dice que realmente hay algo muy diferente sobre cómo se forman estos planetas gigantes en comparación con cómo se forman planetas pequeños como la Tierra. Ese es realmente el principal descubrimiento de salir de este documento», dijo Gilbert.
Los científicos piensan que los planetas se forman cuando las rocas espaciales pequeñas se fusionan para formar rocas más grandes hasta que finalmente forman un planeta que puede ser del tamaño de la Tierra o, si el núcleo planetario es muy grande, hasta 10 veces más grande que la Tierra. En este punto, el planeta es lo suficientemente grande como para mantener grandes cantidades de hidrógeno y helio y se convierte en un gigante de gas como Júpiter y Saturno en nuestro sistema solar. Los planetas más grandes que Neptuno son algo raros porque deben someterse a una acumulación fugitiva, un circuito de retroalimentación de acumulación de hidrógeno y gas helio. Pero esto generalmente solo puede suceder si también están orbitando una estrella que contiene grandes cantidades de elementos más pesados que el helio.
Los planetas más grandes con órbitas excéntricas también apuntan a un período de formación más caótico, durante el cual los planetas interactúan a través de fuerzas gravitacionales para producir órbitas no circulares. Por ejemplo, los planetas gigantes excéntricos probablemente agitan a sus vecinos con más frecuencia, causando impactos gigantes como el que produjo la luna de la Tierra. En los sistemas exoplanetarios, estas colisiones pueden ser mucho más violentas, que involucran a las fusiones de dos planetas mucho más grandes que la Tierra.
«Es notable lo que hemos podido aprender sobre las órbitas de los planetas alrededor de otras estrellas usando el telescopio espacial Kepler», dijo Petiguura. «El telescopio lleva el nombre de Johannes Kepler, quien, hace cuatro siglos, fue el primer científico en apreciar que los planetas de nuestro sistema solar se mueven ligeramente elípticos en lugar de órbitas circulares. Su descubrimiento fue un momento importante en la historia humana porque demostró que el Sol, en lugar de la tierra, fue en el centro del sistema solar. Estoy seguro de que Kepler, el hombre, sería deleitado para que se produzca que un telescopio llamado en el subtendio de su valor de Honor. de órbitas de los planetas del tamaño de la tierra alrededor de otras estrellas «.
