La teoría de formación de planetas al revés

El descubrimiento de nueve exoplanetas en tránsito fue anunciado hoy durante la Reunión Nacional de Astronomía del Reino Unido. Cuando estos nuevos resultados fueron combinados con observaciones previas de exoplanetas en tránsito, los astrónomos quedaron sorprendidos al descubrir que seis, de una muestra mayor de 27, se encontraban orbitando en dirección contraria a la rotación de su estrella madre, justo lo opuesto a lo observado en nuestro Sistema Solar. Los nuevos descubrimientos representan un serio e inesperado desafío para las actuales teorías de formación planetaria. Además indican que es menos probable que los sistemas con exoplanetas conocido como Júpiter calientes contengan planetas similares a la Tierra.

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Crédito: ESO/L. Calçada

“Es una verdadera bomba que estamos lanzando en el campo de los exoplanetas”, dice Amaury Triaud, estudiante de doctorado del Observatorio de Ginebra quien, junto a Andrew Cameron y Didier Queloz, lidera gran parte del trabajo observacional.

Actualmente se cree que los planetas se forman en el disco de gas y polvo que rodea a una estrella joven. Este disco proto-planetario rota en la misma dirección que la estrella, y hasta ahora se esperaba que los planetas que se forman a partir del disco orbiten más o menos en el mismo plano, y que sus órbitas circulen en la misma dirección que la rotación de su estrella. Así ocurre con los planetas del Sistema Solar.

Después de la detección inicial de los nueve exoplanetas [1] con WASP [2] (Wide Angle Search for Planets o Buscador Gran Angular de Planetas), el equipo de astrónomos usó el espectrógrafo HARPS en el telescopio de 3,6 metros de ESO en el observatorio La Silla en Chile, junto con datos del telescopio suizo Euler, también ubicado en La Silla, y datos de otros telescopios, para confirmar los descubrimientos y caracterizar a los exoplanetas en tránsito [3] descubiertos tanto en esta nueva búsqueda como otras antiguas.

Sorprendentemente, cuando el equipo combinó la nueva información con las observaciones antiguas, encontraron que más de la mitad de todos los Júpiter calientes [4] estudiados poseían órbitas desalineadas del eje de rotación de sus estrellas madres. Incluso descubrieron que seis exoplanetas de este estudio extendido (de los cuales dos corresponden a nuevos descubrimientos) poseen movimientos retrógrados, es decir, orbitan su estrella en la dirección “equivocada”.

“Los nuevos resultados desafían ciertamente la creencia convencional de que los planetas siempre deben orbitar en la misma dirección que gira su estrella”, señala Andrew Cameron de la Universidad de St. Andrews, quien presentó los nuevos resultados en la Reunión Nacional de Astronomía del Reino Unido, realizada esta semana en Glasgow.

En los 15 años transcurridos desde que se descubrieran los primeros Júpiter calientes, su origen ha constituido un verdadero rompecabezas. Estos son planetas con masas similares o mayores a la de Júpiter, pero que orbitan muy cerca de sus soles. Se creía que los centros de los planetas gigantes se formaban a partir de una mezcla de partículas de roca y hielo presentes sólo en los fríos extramuros de los sistemas planetarios. Por consiguiente, los Júpiter calientes debían formarse lejos de su estrella y migrar posteriormente hacia su interior hasta órbitas más próximas a su estrella madre. Muchos astrónomos creían que esto se debía a interacciones gravitatorias con el disco de polvo del cual se formaron. Este escenario ocurriría en unos pocos millones de años y resultaría en una órbita alineada con el eje de rotación de su estrella madre. Además permitiría la posterior formación de planetas rocosos similares a la Tierra, pero lamentablemente no coincide con las nuevas observaciones.

Para explicar el movimiento retrógrado de los nuevos exoplanetas, una teoría migratoria alternativa sugiere que la proximidad de los Júpiter calientes a sus estrellas no se debe a las interacciones con el disco de polvo, sino a un proceso evolutivo más lento que implica un tira y afloja gravitacional con estrellas o planetas compañeros más distantes, a lo largo de cientos de millones de años. Después que estas perturbaciones hayan empujado al exoplaneta gigante a adoptar una órbita inclinada y alargada, la fricción asociada a las fuerzas de marea hace que pierda energía cada vez que pasa cerca de la estrella. Finalmente podría quedar asentado en una órbita casi circular, cercana a la estrella, pero con una inclinación aleatoria. “Un severo efecto colateral de este proceso es que podría acabar con cualquier planeta pequeño similar a la Tierra presente en estos sistemas”, indica Didier Queloz del Observatorio de Ginebra.

En dos de los planetas con movimiento retrógrado recién descubiertos se han encontrado otros compañeros masivos y distantes que podrían potencialmente ser la causa de la alteración. Estos nuevos resultados impulsarán una intensa búsqueda de nuevos cuerpos en otros sistemas planetarios.

Esta investigación fue presentada en la Reunión Nacional de Astronomía (NAM, por su sigla en inglés) del Reino Unido que se está desarrollando esta semana en Glasgow, Escocia. Nueve publicaciones enviadas a revistas internacionales serán dadas a conocer en esta ocasión, cuatro de ellas utilizan datos provenientes de las instalaciones de ESO. En la misma ocasión, el consorcio WASP fue premiado con el 2010 Royal Astronomical Society Group Achievement Award.

Notas

[1] El número actual de exoplanetas conocidos es de 452.

[2] Los nueve exoplanetas nuevos fueron descubiertos por el Wide Angle Search for Planets (WASP). WASP está compuesto por dos observatorios robóticos, cada uno de los cuales consiste en ocho cámaras de gran angular que simultánea y continuamente monitorean el cielo para la detección de tránsitos planetarios. Un tránsito ocurre cuando un planeta pasa frente a su estrella madre, bloqueando temporalmente parte de su luz. Las ocho cámaras de gran angular permiten monitorear millones de estrellas simultáneamente para detectar estos raros eventos de tránsito. Las cámaras WASP son operadas por un consorcio que incluye a Queen’s University Belfast, las Universidades de Keele, Leicester y St. Andrews, la Open University, el Isaac Newton Group en La Palma y el Instituto de Astrofísica de Canarias.

[3] Para confirmar el descubrimiento y caracterizar un nuevo planeta en tránsito, es necesario hacer un seguimiento de velocidad radial para detectar la oscilación de la estrella madre alrededor del centro de masa común con el planeta. Esto se realiza con una red mundial de telescopios equipados con espectrómetros muy sensibles y precisos. En el hemisferio norte lideran la búsqueda el Nordic Optical Telescope en las Islas Canarias y el instrumento SOPHIE en el telescopio de 1,93 metros en Haute-Provence, Francia. En el sur, el buscador de planetas HARPS instalado en el telescopio de 3,6 metros de ESO y el espectrómetro CORALIE en el telescopio suizo Euler, ambos en La Silla (Chile), fueron usados para confirmar los nuevos planetas y medir el ángulo de inclinación de cada órbita planetaria con respecto al ecuador de su estrella. Los telescopios robóticos Faulkes del Observatorio Las Cumbres, ubicados en Hawai y Australia, proporcionaron las mediciones de luminosidad que permitieron determinar los tamaños de los planetas. Observaciones de seguimiento de candidatos a exoplanetas de WASP fueron obtenidos por el telescopio Suizo Euler en La Silla (en colaboración con colegas del Observatorio de Ginebra), en el Nordic Optical Telescope en La Palma, y en el telescopio de 1,93 metros del Observatoire de Haute-Provence en Francia (en colaboración con colegas del Institut d'Astrophysique de París y el Laboratoire d'Astrophysique de Marsella).

Los estudios de los ángulos de inclinación orbital de los planetas WASP fueron hechos en el hemisferio austral con el instrumento HARPS en el telescopio de 3,6 metros de ESO y con el instrumento CORALIE en el telescopio suizo Euler, ambos en La Silla, y en el Observatorios Tautenburg, McDonald y Nordic Optical Telescope en el hemisferio norte.

[4] Los Júpiter calientes son planetas que orbitan otras estrellas que poseen masas similares o mayores a la de Júpiter, pero que orbitan sus estrellas madres mucho más cerca que cualquier otro planeta en nuestro Sistema Solar. Debido a que son grandes y están más cerca, son más fáciles de detectar por el efecto gravitacional que causan en sus estrellas, así como por la alta probabilidad de que transiten sobre el disco de su estrella. La mayoría de los primeros exoplanetas encontrados son de este tipo.

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Links:
• Información sobre Exoplanetas (en inglés): http://www.eso.org/public/outreach/products/brochures/pdf/exoplanet_lowres.pdf
• La página de WASP es http://www.superwasp.org/
• Animación que muestra cómo la órbita de un planeta gigante de gas es perturbada drásticamente por un compañero estelar lejano (Crédito: Daniel Fabrycky): http://www.cfa.harvard.edu/~fabrycky/kctf/

Fuente: ESO