Planetas a la deriva: el origen caótico de los mundos lejanos respalda la existencia del Planeta Nueve
COSMOLOGÍA / ASTROFÍSICA.
Un “pinball” gravitatorio que ocurre en los cúmulos estelares podría explicar la existencia de gigantes ocultos.
Impresión artística del Planeta Nueve (un supuesto planeta de “órbita amplia”) con el Sol a lo lejos. La órbita de Neptuno se muestra como una pequeña elipse alrededor del Sol. / Planetary Science Institute.
En los márgenes más remotos de los sistemas planetarios, gigantes invisibles orbitan en silencio. Un nuevo modelo sugiere que estos mundos distantes son productos inevitables del caos primordial que reina cuando las estrellas y sus planetas compiten por sobrevivir en los abarrotados viveros estelares. ¿Podría nuestro propio Sistema Solar albergar uno de estos esquivos colosos?
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En los confines fríos y oscuros de los sistemas planetarios, mucho más allá del alcance de los planetas que conocemos, orbitan misteriosos gigantes gaseosos y otras masas planetarias. Estos "planetas de órbita amplia" pueden encontrarse a distancias de sus estrellas que son miles de veces mayores que la que separa la Tierra del Sol, una medida conocida como unidad astronómica (UA).
Durante años, los científicos se han preguntado cómo pudieron formarse estos mundos distantes, incluyendo el hipotético y esquivo Planeta Nueve en nuestro propio Sistema Solar 12. Un reciente estudio publicado en Nature Astronomy ofrece una respuesta convincente, sugiriendo que estos planetas no son anomalías, sino el resultado natural de una fase caótica temprana en el desarrollo de los sistemas planetarios.
Simulaciones complejas.
La investigación, llevada a cabo por astrónomos de la Universidad Rice y el Instituto de Ciencias Planetarias, utiliza complejas simulaciones para demostrar que estos planetas se forman mientras las estrellas aún están agrupadas densamente en sus cúmulos estelares natales, y los planetas jóvenes compiten por el espacio en sistemas turbulentos y abarrotados. Según este modelo, un planeta es primero impulsado hacia una órbita excéntrica, con su punto más alejado (apoastro) a varios cientos de UA, debido a repetidas dispersiones gravitatorias causadas por otros planetas del mismo sistema.
Posteriormente, las perturbaciones gravitatorias de estrellas cercanas que pasan por las proximidades pueden estabilizar esta órbita amplia, elevando la distancia del punto más cercano de la órbita al Sol (periastro) y "desacoplando" efectivamente al planeta de la interacción con el sistema planetario interior. Este proceso lo deja "atrapado" en una órbita extensa y a menudo excéntrica.
André Izidoro, profesor asistente de la Universidad Rice y autor principal del estudio, describe este proceso como un "pinball cósmico". Con los planetas gigantes ocurre lo mismo que con ese juego: son impulsados a través de un cosmos lleno de obstáculos y quedan atrapados en sus órbitas aleatorias.
Patrón recurrente.
Para llegar a estas conclusiones, el equipo realizó miles de simulaciones que involucraban diferentes tipos de sistemas planetarios inmersos en entornos de cúmulos estelares realistas. Modelaron diversas condiciones, desde sistemas similares a nuestro Sistema Solar, con una mezcla de gigantes gaseosos y de hielo, hasta sistemas más exóticos, incluyendo aquellos con dos soles. Descubrieron un patrón recurrente: los planetas eran frecuentemente empujados hacia órbitas amplias y excéntricas por inestabilidades internas, y luego eran estabilizados por la influencia gravitatoria de las estrellas cercanas dentro del cúmulo.
Nathan Kaib, científico senior del Instituto de Ciencias Planetarias y coautor del estudio, añade que "cuando estos empujones gravitatorios ocurren en el momento justo, la órbita de un planeta se desacopla del sistema planetario interior. Esto crea un planeta de órbita amplia, uno que esencialmente queda congelado en su lugar después de que el cúmulo se dispersa". Los investigadores definen estos planetas de órbita amplia como aquellos con semiejes mayores entre 100 y 10.000 UA.
¿Y el Planeta Nueve?
Este mecanismo tiene implicaciones directas para la búsqueda del Planeta Nueve, un planeta hipotético que se cree orbita nuestro Sol a una distancia de entre 250 y 1,000 UA y cuya existencia se infiere por las extrañas órbitas de varios objetos transneptunianos distantes. Las simulaciones muestran que existe una probabilidad de hasta un 40% de que un objeto similar al Planeta Nueve haya sido capturado mediante este proceso en nuestro Sistema Solar.
Esto se debe a que en el joven Sistema Solar probablemente ocurrieron dos épocas principales de dispersión planetaria: durante el crecimiento de Urano y Neptuno a partir de una población de embriones planetarios de unas 5 masas terrestres, y durante la posterior inestabilidad de los planetas gigantes.
Si alguno de estos eventos sucedió mientras el Sol aún estaba en su cúmulo de nacimiento, la probabilidad de que un planeta dispersado fuera atrapado en una órbita amplia es del 5-10% por cada evento; si ambos ocurrieron en ese entorno, la probabilidad acumulada podría alcanzar ese 40% 2. Kaib destaca que "arquitecturas de sistemas solares como la nuestra tienen la mayor probabilidad de capturar este tipo de planetas, lo cual es una razón más para creer que un noveno planeta podría estar acechando en el Sistema Solar exterior" .
Planetas errantes.
El estudio también vincula la formación de planetas de órbita amplia con la creciente población de planetas errantes, que son mundos expulsados completamente de sus sistemas. "No todos los planetas dispersados tienen la suerte de quedar atrapados", señala Kaib. La "eficiencia de captura", o la probabilidad de que un planeta dispersado permanezca ligado a su estrella, es central en el estudio.
Se observó que los sistemas solares similares al nuestro son particularmente eficientes, con probabilidades de captura del 5-10%. Otros sistemas, como los compuestos únicamente por gigantes de hielo o los planetas circumbinarios (que orbitan dos estrellas), tienen eficiencias mucho menores. En el caso de los exoplanetas gigantes gaseosos, que experimentan inestabilidades dinámicas de forma casi ubicua, la eficiencia de captura es de alrededor del 5%.
Un errante por cada mil estrellas.
En general, los investigadores estiman que debería existir aproximadamente un planeta de órbita amplia por cada mil estrellas, lo que implica una vasta población de estos mundos en órbitas amplias y excéntricas a lo largo de la galaxia.
Este hallazgo también identifica nuevos objetivos prometedores para los cazadores de exoplanetas: los planetas de órbita amplia son más probables alrededor de estrellas de alta metalicidad que ya albergan gigantes gaseosos.
La futura entrada en funcionamiento del Observatorio Vera C. Rubin, con su capacidad sin precedentes para sondear el cielo, podría ser crucial para descubrir el Planeta Nueve o, en su defecto, proporcionar la evidencia necesaria para descartar su existencia.
Por: Eduardo Martínez de la Fe / T21.
Sitio Fuente: Levante / Tendencias21