Sistema planetario caótico cuestiona las teorías actuales de formación planetaria

Los astrónomos no sólo están descubriendo que hay diferentes tipos de expoplanetas, sino que también hay diferentes tipo de sistemas planetarios. Barbara McDonald, de la Universidad de Texas,pone de manifiesto que ha sido emocionante encontrar otro sistema planetario con múltiples planetas que es muy diferente al nuestro.

Crédito: NASA, ESA, and B. McArthur, University of Texas at Austin, McDonald Observatory.

Una mirada de cerca con el telescopio Hubble, el Hobby-Eberly y otros instrumentos,han revelado que el sistema planetario de Upsilon Andromedae tiene órbitas muy inclinadas, es decir, los planetas no orbitan alrededor de su estrella en un mismo plano. Los astrónomos también encontraron otro planeta y otra estrellas, por lo que probablemente sea un sistema estelar binario.

A pesar de que en nuestro Sistema Solar tenemos a Plutón con una órbita muy inclinada, el grado de inclinación de este planeta enano es muy inferior a los grados de inclinación que se han detectado en Upsilon Andromedae. En la siguiente imagen tenemos una comparación entre nuestro Sistema solar y el sistema de Upsilon Andromedae.

Crédito: HubbleSite

McDonald comenta que estos resultados tendrán un impacto importante sobre las teorías de formación planetaria y de evolución de los sistemas multi-planetas. También se demuestra que algún hecho violento, ocurrido tras la formación de los planetas, puede generar una alteración en las órbitas de los planetas. Por otra parte, esta investigación también complica aún más el estudio de los exoplanetas, ya que los astrónomos, ya no pueden asumir que todos los planetas orbitan en torno a su estrella madre en un mismo plano, tal y como comenta Barbara McArthur, de la Universidad de Texas.

Upsilon Andromedae es una estrella similar al Sol que se encuentra a 44 años luz de nuestro planeta. Es un poco más joven, más masiva y más brillante que nuestra estrella, y desde hace poco más de una década,los astrónomos han sabido de la existencia de tres planetas tipo Júpiter orbitándola.

Pero después de más de mil observaciones combinadas, McDonald y su equipo descubrieron indicios de que un cuarto planeta, e, orbita a la estrella mucho más lejos. También pudieron determinar las masas exactas de dos de los tres planetas anteriormente conocidos, Upsilon Andromedae c y d. Mucho más sorprendente, sin embargo, es que no todos los planetas giran alrededor de esta estrella en el mismo plano. Las órbitas de los planetas c y d están inclinadas 30 grados una con respecto de la otra. Esta investigación marca la primera vez que se ha podido medir la inclinación mutua de dos planetas en órbita alrededor de otra estrella.

"Lo más probable es que Upsilon Andromedae haya tenido el mismo proceso de formación de nuestro Sistema Solar, aunque podría haber habido diferencias en su formación tardía que dieran lugar a esta evolución tan divergente", dijo McArthur. "Hasta ahora se pensaba que los planetas se formaban en los discos planetarios, por lo que se mantenían relativamente coplanarios, de la misma forma que en nuestro Sistema Solar, pero ahora hemos medido un ángulo significativo entre dos planetas que indica que este no es siempre el caso".

Hasta la actualidad, la creencia más extendida ha sido la de que  los planetas son un subproducto natural del material de desecho que se conforma en un disco protoplanetario alrededor de una estrella. En nuestro Sistema Solar, hay un fósil de esa evolución porque los ocho planetas principales orbitan  casi  en el mismo plano. Los planetas enanos más externos como Plutón están en órbitas inclinadas, pero estas han sido modificadas por la gravedad de Neptuno y no están bajo un fuerte influjo gravitacional del Sol.

¿Pero qué paso realmente para que este sistema evolucionara de tal manera? “Las posibilidades incluyen interacciones que ocurrieron cuando los planetas migraron hacia el centro, cuando otros planetas fueron expulsados del sistema o por una ruptura del sistema estelar binario”, dijo McArthur. O bien,la culpable podría ser una estrella enana roja,compañera de la estrella principal.

"Desconocemos la órbita de la enana roja",dijo el miembro del equipo Fritz Benedict. "Podría ser muy excéntrica y tal vez sólo se aproxime cada varios miles de años, y al pasar cerca, estrella secundaria perturbe gravitacionalmente a los planetas".

Los dos tipos diferentes de datos combinados en esta investigación fueron la astrometría del Telescopio Espacial Hubble y la velocidad radial de telescopios terrestres.

La astrometría es la medición de las posiciones y velocidades de cuerpos celestiales. El grupo de McArthur utilizó uno de los Fine Guidance Sensors (FGS) del Hubble para realizar la tarea. Los FGSs son tan precisos que pueden medir la velocidad de una estrella en el cielo provocada por sus planetas colindantes, y no vistos.

La velocidad radial es una medición del movimiento de la estrella en el cielo hacia la Tierra. Estas mediciones se hicieron en un período de 14 años utilizando telescopios terrestres, incluyendo dos en el Observatorio McDonalds y otros en Lick, Haute-Provence, y los Observatorios Whipple. La velocidad radial da una primera aproximación que se utiliza para hacer más cortas pero más precisas las mediciones del Hubble.

El hecho de que el equipo haya determinado las inclinaciones orbitales de los planetas c y d les permitió calcular las masas exactas de los dos planetas. La nueva información nos dejo claro que nuestra idea sobre qué planeta es el más pesado ha de ser modificada. Las masas mínimas iniciales dadas por la velocidad radial para el planeta c era de 2 Júpiters y de 4 Júpiters para el d. Las nuevas masas, exactas, halladas por la astrometría es de 14 Júpiters para c y 10 para d.

“Los datos del Hubble muestran que la historia no se acaba en la velocidad radial”, dijo Benedict. “El hecho de que los planetas se intercambiasen sus masas es muy bonito”.

El cuarto planeta está tan lejos, que su señal no revela la curvatura de su órbita.

La información recabada durante 14 años sobre la velocidad radial descubrieron pistas de que un cuarto planeta de período largo podría orbitar además de los tres que se conocen hasta ahora. Sólo hay indicios de ese planeta porque está tan lejos que la señal que crea no revela aún la curvatura de una órbita. Otra pieza perdida del puzle es la inclinación del planeta b, que requeriría una precisión 1.000 veces mayor a la del Hubble, un objetivo alcanzable para una misión espacial optimizada para la interferometría.

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Vía: Astrofísica y Física