Desde mediados de la década de 1990, cuando se descubrió el primer planeta alrededor de otra estrella similar al sol, Los astrónomos han estado acumulando lo que ahora es una gran colección de exoplanetas:casi 3, 500 se han confirmado hasta el momento. En un nuevo estudio dirigido por Caltech, Los investigadores han clasificado estos planetas de la misma manera que los biólogos identifican nuevas especies animales y han aprendido que la mayoría de los exoplanetas encontrados hasta la fecha se dividen en dos grupos de tamaños distintos:planetas rocosos similares a la Tierra y mini-Neptuno más grandes. El equipo utilizó datos de la misión Kepler de la NASA y el Observatorio W. M. Keck.

"Esta es una nueva división importante en el árbol genealógico de los planetas, análogo a descubrir que los mamíferos y los lagartos son ramas distintas en el árbol de la vida, "dice Andrew Howard, profesor de astronomía en Caltech e investigador principal de la nueva investigación. El autor principal del nuevo estudio, para ser publicado en El diario astronómico , es Benjamin J. (B. J.) Fulton, un estudiante de posgrado en el grupo de Howard que divide su tiempo entre Caltech y el Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawai.

En esencia, su investigación muestra que nuestra galaxia tiene una fuerte preferencia por dos tipos de planetas:planetas rocosos de hasta 1,75 veces el tamaño de la Tierra, y mundos mini-Neptuno envueltos en gas, que son de 2 a 3,5 veces el tamaño de la Tierra (o algo más pequeñas que Neptuno). Nuestra galaxia rara vez forma planetas con tamaños entre estos dos grupos.

"A los astrónomos les gusta poner las cosas en cubos, "dice Fulton." En este caso, hemos encontrado dos cubos muy distintos para la mayoría de los planetas Kepler ".

Desde que se lanzó la misión Kepler en 2009, ha identificado y confirmado más de 2, 300 exoplanetas. Kepler se especializa en encontrar planetas cercanos a sus estrellas, por lo que la mayoría de estos planetas orbitan más cerca que Mercurio, que gira alrededor del sol aproximadamente a un tercio de la distancia entre la Tierra y el sol. Se encontró que la mayoría de estos planetas cercanos tenían aproximadamente entre el tamaño de la Tierra y Neptuno, que es aproximadamente 4 veces el tamaño de la Tierra. Pero, hasta ahora, Se encontró que los planetas tenían una variedad de tamaños que abarcaban este rango y no se sabía que se dividieran en dos grupos de tamaños.

"En el sistema solar, no hay planetas con tamaños entre la Tierra y Neptuno, "dice Erik Petigura, coautor del estudio y becario postdoctoral Hubble en Caltech. "Una de las grandes sorpresas de Kepler es que casi todas las estrellas tienen al menos un planeta más grande que la Tierra pero más pequeño que Neptuno. Realmente nos gustaría saber cómo son estos misteriosos planetas y por qué no los tenemos en el nuestro. sistema solar."

Kepler encuentra planetas buscando caídas reveladoras en la luz de las estrellas cuando pasan frente a sus estrellas. El tamaño de la inmersión se correlaciona con el tamaño del planeta. Pero para conocer con precisión el tamaño de los planetas, deben medirse los tamaños de las estrellas.

El equipo de Caltech, junto con colegas de varias instituciones, incluyendo UC Berkeley, la Universidad de Hawaii, Universidad Harvard, Universidad de Princeton, y la Universidad de Montreal — echó un vistazo más de cerca al tamaño de los planetas Kepler con la ayuda del Observatorio Keck. Pasaron años obteniendo datos espectrales sobre las estrellas que albergan 2, 000 planetas Kepler. Los datos espectrales les permitieron obtener medidas precisas de los tamaños de las estrellas Kepler; estas medidas, Sucesivamente, permitió a los investigadores determinar tamaños más precisos para los planetas que orbitan esas estrellas.

"Antes, clasificar los planetas por tamaño era como tratar de clasificar granos de arena a simple vista, "dice Fulton." Obtener los espectros de Keck es como salir y agarrar una lupa. Pudimos ver detalles que antes no podíamos ".

Con los nuevos datos de Keck, los investigadores pudieron medir los tamaños de los 2, 000 planetas con 4 veces más precisión de lo que se había logrado anteriormente. Cuando examinaron la distribución de los tamaños de los planetas, encontraron una sorpresa:una brecha sorprendente entre los grupos de Tierras rocosas y mini-Neptunes. Aunque algunos planetas caen en la brecha, la mayoría no.

La causa de la brecha no está clara, pero los científicos han llegado a dos posibles explicaciones. El primero se basa en la idea de que a la naturaleza le gusta hacer muchos planetas aproximadamente del tamaño de la Tierra. Algunos de esos planetas por razones que no se comprenden completamente, terminan adquiriendo suficiente gas para "saltar la brecha" y convertirse en mini-Neptunes gaseosos.

"Un poco de hidrógeno y helio es muy útil. Así que, si un planeta adquiere solo el 1 por ciento de hidrógeno y helio en masa, eso es suficiente para saltar la brecha, "dice Howard." Estos planetas son como rocas con grandes globos de gas a su alrededor. El hidrógeno y el helio que hay en el globo no contribuyen realmente a la masa del sistema en su conjunto, pero contribuye al volumen de una manera tremenda, haciendo que los planetas sean mucho más grandes ".

La segunda posible razón por la que los planetas no aterrizan en la brecha tiene que ver con la pérdida de gas de los planetas. Si un planeta adquiere solo un poco de gas, la cantidad adecuada para colocarlo en el espacio, ese gas puede quemarse cuando se expone a la radiación de la estrella anfitriona.

"Un planeta tendría que tener suerte para aterrizar en la brecha, y luego si lo hizo, probablemente no se quedaría ahí, "dice Howard." Es poco probable que un planeta tenga la cantidad justa de gas para aterrizar en la brecha. Y esos planetas que tienen suficiente gas pueden perder sus delgadas atmósferas. Ambos escenarios probablemente abren la brecha en los tamaños de los planetas que observamos ".

En el futuro, los investigadores planean estudiar el contenido de elementos pesados ​​de estos planetas para aprender más sobre su composición. "Vivimos en una era dorada de la astronomía planetaria porque estamos encontrando miles de planetas alrededor de otras estrellas, "dice Petigura." Actualmente estamos trabajando para entender de qué están hechos estos mini-Neptunes, lo que debería ayudar a explicar por qué estos planetas se forman tan fácilmente alrededor de otras estrellas y por qué no se formaron alrededor del sol ".

El estudio, titulado "The California-Kepler Survey. III. Una brecha en el radio de distribución de los planetas pequeños, "fue financiado por la NASA y la National Science Foundation.