A medida que evolucionan los sistemas planetarios, Las interacciones gravitacionales entre planetas pueden lanzar a algunos de ellos a órbitas elípticas excéntricas alrededor de la estrella anfitriona, o incluso fuera del sistema por completo. Los planetas más pequeños deberían ser más susceptibles a esta dispersión gravitacional, sin embargo, se han observado muchos exoplanetas gigantes gaseosos con órbitas excéntricas muy diferentes de las órbitas aproximadamente circulares de los planetas de nuestro propio sistema solar.

Asombrosamente, los planetas con las masas más altas tienden a ser los que tienen las excentricidades más altas, a pesar de que la inercia de una masa mayor debería dificultar el desplazamiento de su órbita inicial. Esta observación contraria a la intuición llevó a los astrónomos de la UC Santa Cruz a explorar la evolución de los sistemas planetarios utilizando simulaciones por computadora. Sus resultados, informó en un artículo publicado en Cartas de revistas astrofísicas , sugieren un papel crucial para una fase de impactos gigantes en la evolución de los sistemas planetarios de gran masa, lo que lleva al crecimiento por colisión de múltiples planetas gigantes con órbitas cercanas.

"Un planeta gigante no se dispersa tan fácilmente en una órbita excéntrica como un planeta más pequeño, pero si hay varios planetas gigantes cerca de la estrella anfitriona, es más probable que sus interacciones gravitacionales las dispersen en órbitas excéntricas, "explicó la primera autora Renata Frelikh, estudiante de posgrado en astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz.

Frelikh realizó cientos de simulaciones de sistemas planetarios, comenzando cada uno con 10 planetas en órbitas circulares y variando la masa total inicial del sistema y las masas de los planetas individuales. A medida que los sistemas evolucionaron durante 20 millones de años simulados, Las inestabilidades dinámicas llevaron a colisiones y fusiones para formar planetas más grandes, así como interacciones gravitacionales que expulsaron algunos planetas y dispersaron a otros en órbitas excéntricas.

Analizando los resultados de estas simulaciones colectivamente, los investigadores encontraron que los sistemas planetarios con la mayor masa total inicial producían los planetas más grandes y los planetas con las excentricidades más altas.

"Nuestro modelo explica naturalmente la correlación contraintuitiva de masa y excentricidad, "Dijo Frelikh.

Coautora Ruth Murray-Clay, el profesor Gunderson de astrofísica teórica en UC Santa Cruz, dijo que la única suposición no estándar en su modelo es que puede haber varios planetas gigantes gaseosos en la parte interna de un sistema planetario. "Si asumes eso, todo el otro comportamiento sigue, " ella dijo.

Según el modelo clásico de formación de planetas, basado en nuestro propio sistema solar, no hay suficiente material en la parte interna del disco protoplanetario alrededor de una estrella para hacer planetas gigantes gaseosos, de modo que solo se forman pequeños planetas rocosos en la parte interior del sistema y los planetas gigantes se forman más lejos. Sin embargo, los astrónomos han detectado muchos gigantes gaseosos orbitando cerca de sus estrellas anfitrionas. Debido a que son relativamente fáciles de detectar, estos "Júpiter calientes" representaron la mayoría de los primeros descubrimientos de exoplanetas, pero pueden ser un resultado poco común de la formación de planetas.

"Este puede ser un proceso inusual, ", Dijo Murray-Clay." Estamos sugiriendo que es más probable que suceda cuando la masa inicial en el disco es alta, y que los planetas gigantes de gran masa se producen durante una fase de impactos gigantes ".

Esta fase de impactos gigantes es análoga a la etapa final en el ensamblaje de nuestro propio sistema solar, cuando la luna se formó como consecuencia de una colisión entre la Tierra y otro planeta. "Debido al sesgo de nuestro sistema solar, tendemos a pensar que los impactos ocurren en planetas rocosos y la eyección ocurre en planetas gigantes, pero hay todo un espectro de posibles resultados en la evolución de los sistemas planetarios, "Dijo Murray-Clay.

Según Frelikh, El crecimiento por colisión de planetas gigantes de gran masa debería ser más eficiente en las regiones interiores, porque es más probable que los encuentros entre planetas en las partes externas del sistema conduzcan a eyecciones que a fusiones. Las fusiones que producen planetas de gran masa deberían alcanzar un pico a una distancia de la estrella anfitriona de alrededor de 3 unidades astronómicas (AU, la distancia de la Tierra al sol), ella dijo.

"Predecimos que los planetas gigantes de mayor masa serán producidos por fusiones de gigantes gaseosos más pequeños entre 1 y 8 AU de sus estrellas anfitrionas, "Frelikh dijo." Los estudios de exoplanetas han detectado algunos exoplanetas extremadamente grandes, acercándose a 20 veces la masa de Júpiter. Pueden ser necesarias muchas colisiones para producirlas, por eso es interesante que veamos esta fase de impactos gigantes en nuestras simulaciones ".