La mayoría de las estrellas de nuestra galaxia albergan planetas. Los más abundantes son los subneptunianos, planetas de entre el tamaño de la Tierra y el de Neptuno. Calcular su densidad plantea un problema a los científicos: dependiendo del método utilizado para medir su masa, se distinguen dos poblaciones, la densa y la menos densa. ¿Se debe esto a un sesgo de observación o a la existencia física de dos poblaciones subneptuninas distintas? Un trabajo reciente del NCCR PlanetS, la Universidad de Ginebra (UNIGE) y la Universidad de Berna (UNIBE) aboga por lo segundo. Obtenga más información en la revista. Astronomía y Astrofísica.
Los exoplanetas abundan en nuestra galaxia. Los más comunes son los comprendidos entre el radio de la Tierra (unos 6.400 km) y el de Neptuno (unos 25.000 km), llamados “subNeptunos”. Se estima que entre el 30% y el 50% de las estrellas similares al Sol contienen al menos uno de ellos.
Calcular la densidad de estos planetas es un desafío científico. Para estimar su densidad, primero debemos medir su masa y radio. Problema: Los planetas cuyas masas se miden mediante el método TTV (Transit Timing Variation) son menos densos que los planetas cuyas masas se miden mediante el método de velocidad radial, otro posible método de medición.
“El método TTV implica medir las variaciones en el tiempo de tránsito. Las interacciones gravitacionales entre planetas del mismo sistema cambiarán ligeramente el momento en que los planetas pasan delante de su estrella”, explica Jean-Baptiste Delisle, investigador científico del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y es su co -autor. El estudio “El método de la velocidad radial, por otro lado, consiste en medir la variación de la velocidad de una estrella provocada por la presencia de un planeta a su alrededor”.
Eliminar cualquier prejuicio
Un equipo internacional dirigido por científicos de NCCR PlanetS, UNIGE y UNIBE ha publicado un estudio que explica este fenómeno. Esto no se debe a un sesgo de selección o de observación, sino a razones fisiológicas. “La mayoría de los sistemas medidos con el método TTV están en resonancia”, explica Adrien Lelio, profesor asistente del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y autor principal del estudio.
Dos planetas están en resonancia cuando la relación entre sus períodos orbitales es un número racional. Por ejemplo, cuando un planeta hace dos revoluciones alrededor de su estrella, el otro planeta hace exactamente una revolución. Si varios planetas están en resonancia, se forma una serie de resonancias de Laplace. “Por lo tanto, nos preguntamos si existe una relación intrínseca entre la densidad y la configuración orbital resonante de los sistemas planetarios”, continúan los investigadores.
Para establecer una relación entre densidad y resonancia, los astrónomos primero tuvieron que descartar cualquier sesgo en los datos seleccionando rigurosamente sistemas planetarios para el análisis de datos. Por ejemplo, un planeta grande y de baja masa que se encuentra en tránsito tarda más en encontrarse en movimiento radial. Esto aumenta el riesgo de interrumpir las observaciones antes de que el planeta aparezca en los datos de velocidad radial y, por tanto, antes de que se pueda estimar su masa.
“Este proceso de selección conducirá a un sesgo en la literatura a favor de masas y densidades más altas para los planetas caracterizados con métodos de velocidad radial”. Como no tenemos mediciones de su masa, los planetas menos densos serán excluidos de nuestros análisis”, explica Adrián Lelio.
Una vez que se limpiaron estos datos, los astrónomos pudieron utilizar pruebas estadísticas para determinar que la densidad de los subneptunianos es menor que la de sus homólogos en sistemas resonantes, independientemente del método utilizado para determinar su masa. .
Una cuestión de resonancia
Los científicos sugieren varias explicaciones posibles para este vínculo, incluidos los procesos involucrados en la formación de sistemas planetarios. La hipótesis básica del estudio es que todos los sistemas planetarios pasan a un estado de cadena resonante en los primeros momentos de su existencia, pero sólo el 5% permanece estable. El 95 por ciento restante se vuelve inestable. La cadena de resonancia se rompe entonces, creando una serie de “catástrofes”, como colisiones interplanetarias. Los planetas se fusionan, aumentan su densidad y luego se estabilizan en órbitas no resonantes.
Este proceso crea dos poblaciones distintas de subneptunianos: densas y menos densas. “Los modelos numéricos de formación y evolución de sistemas planetarios que hemos desarrollado en Berna durante las últimas dos décadas reproducen exactamente el mismo fenómeno: los planetas resonantes son menos densos. Este estudio, además, confirma que la mayoría de los sistemas planetarios han sido escenario de grandes colisiones, similares o incluso más violentas que la que dio origen a nuestra Luna”, afirmó el profesor de investigación espacial de UNIBE, Ian Albert, de la División de Ciencias Planetarias (WP). concluyó. ) y codirector del Centro para el Espacio y la Habitabilidad y coautor del estudio.
