Simulaciones numéricas realizadas por un grupo de astrónomos, dirigido por Mario Flock del Instituto Max Planck de Astronomía, han demostrado que los sistemas planetarios jóvenes son naturalmente "a prueba de bebés":los mecanismos físicos se combinan para evitar que los planetas jóvenes en las regiones internas se sumerjan fatalmente en la estrella. Procesos similares también permiten que los planetas nazcan cerca de las estrellas, a partir de guijarros atrapados en una región cercana a la estrella. La investigación, que ha sido publicado en la revista Astronomía y Astrofísica , explica los hallazgos de los telescopios espaciales Kepler que muestran una gran cantidad de súper-Tierras orbitando sus estrellas muy de cerca, en el borde de la región a prueba de bebés.

Cuando un niño nace, los padres se asegurarán de que su casa sea a prueba de bebés, Colocación de barreras de seguridad que mantengan al niño alejado de zonas especialmente peligrosas. Una nueva investigación sobre la formación de planetas muestra que sucede algo muy similar en sistemas planetarios jóvenes.

Los planetas se forman alrededor de una estrella joven, que está rodeado por un disco de gas y polvo. Dentro de este disco protoplanetario, los granos de polvo se pegan, creciendo más y más. Después de unos millones de años, han alcanzado unos pocos kilómetros de diámetro. En ese punto, la gravedad es lo suficientemente fuerte como para unir tales objetos para formar planetas, objetos redondos, macizo o con núcleo macizo, con diámetros de algunos miles de kilómetros o más.

Una curiosa aglomeración en el límite interior.

Al igual que los niños pequeños, Los objetos sólidos en un sistema planetario tan joven tienden a moverse en todas direcciones, no solo orbitando alrededor de la estrella, pero a la deriva hacia adentro o hacia afuera. Esto puede resultar potencialmente fatal para los planetas que ya están relativamente cerca de la estrella central.

Cerca de la estrella solo nos encontraremos con planetas rocosos, con superficies sólidas, similar a nuestra Tierra. Los núcleos planetarios solo pueden capturar y mantener cantidades significativas de gas para convertirse en gigantes gaseosos mucho más lejos, lejos de la estrella caliente. Pero el tipo de cálculo más simple para el movimiento de un planeta cerca de la estrella, en el gas de un disco protoplanetario, muestra que un planeta así debería desplazarse continuamente hacia el interior, sumergirse en la estrella en una escala de tiempo de menos de un millón de años, mucho más corto que la vida útil del disco.

Si esta fuera la imagen completa, Sería desconcertante que el satélite Kepler de la NASA, examinar estrellas similares al sol (tipos espectrales F, G y K), encontró algo completamente diferente:numerosas estrellas han orbitando muy de cerca las llamadas super-Tierras, planetas rocosos que son más masivos que nuestra propia Tierra. Particularmente comunes son los planetas con períodos de alrededor de 12 días, bajando a períodos tan bajos como 10 días. Por nuestro sol que correspondería a radios orbitales alrededor de 0,1 unidades astronómicas, sólo alrededor de una cuarta parte del radio orbital de Mercurio, el planeta más cercano a nuestro sol en nuestro propio sistema solar.

Este fue el acertijo que Mario Flock, un líder de grupo en el Instituto Max Planck de Astronomía, se dispuso a resolver, junto con colegas del Laboratorio de Propulsión a Chorro, la Universidad de Chicago y la Universidad Queen Mary, Londres. Los investigadores involucrados son expertos en simular el complejo entorno en el que nacen los planetas, modelar los flujos y las interacciones del gas, polvo, campos magnéticos, y de los planetas y sus diversas etapas precursoras. Frente a la aparente paradoja de las super-Tierras Kepler de órbita cercana, se propusieron simular en detalle la formación de planetas cercanos a estrellas similares al sol.

Protección para bebés a escala del sistema solar

Sus resultados fueron inequívocos, y sugieren dos posibles razones detrás de la ocurrencia común de planetas en órbita cercana. La primera es que al menos para planetas rocosos con masas de hasta 10 veces la masa de la Tierra ("super-Tierras" o "Mini-Neptunes"), esos primeros sistemas estelares son a prueba de bebés.

La barrera de seguridad que mantiene a los planetas jóvenes fuera de la zona de peligro funciona de la siguiente manera. Cuanto más nos acercamos a la estrella cuanto más intensa es la radiación de la estrella. Límite interior llamado frente de sublimación de silicato, la temperatura del disco sube por encima de 1200 K, y las partículas de polvo (silicatos) se convertirán en gas. El gas extremadamente caliente dentro de esa región se vuelve muy turbulento. Esta turbulencia transporta el gas hacia la estrella a gran velocidad, adelgazando la región interna del disco en el proceso.

Mientras una super-Tierra joven viaja a través del gas, suele ir acompañado de gas que gira conjuntamente con el planeta en una trayectoria orbital similar a una herradura. A medida que el planeta se desplaza hacia adentro y alcanza el frente de sublimación de silicato, las partículas de gas que se mueven del gas caliente más delgado al gas más denso fuera del límite le dan al planeta una pequeña patada. En esta situación, el gas ejercerá una influencia (en términos físicos:un par) en el planeta en movimiento, y de manera crucial, debido al salto de densidad, esa influencia alejará al planeta de la frontera, radialmente hacia afuera. De este modo, el límite sirve como barrera de seguridad, evitando que los planetas jóvenes se sumerjan en la estrella. Y la ubicación del límite de una estrella similar al sol, como predice la simulación, corresponde al límite inferior para períodos orbitales encontrado por Kepler. Como dice Mario Flock:"¿Por qué hay tantas super-Tierras en órbita cercana, como nos ha mostrado Kepler? Porque los sistemas planetarios jóvenes tienen incorporada una barrera a prueba de bebés ".

Construcción de planetas en el límite

Existe una posibilidad alternativa:al rastrear el movimiento de guijarros, objetos más pequeños de unos pocos milímetros o centímetros de tamaño, los investigadores encontraron que estos guijarros tienden a acumularse cerca del frente de sublimación de silicato. Para que la presión se equilibre directamente en la frontera, el gas delgado en la región de transición necesita girar más rápido de lo habitual (ya que debe haber un equilibrio entre la presión y la fuerza centrífuga). Esta rotación de gas es más rápida que la velocidad orbital "kepleriana" de una partícula aislada que orbita la estrella por sí sola. Un guijarro que entra en esta región de transición se ve obligado a realizar este movimiento más rápido que el de Kepler, e inmediatamente expulsado de nuevo cuando las fuerzas centrífugas correspondientes lo empujan hacia afuera, como un niño pequeño que se desliza desde la plataforma de un tiovivo. Esta, también contribuye a la frecuencia de super-Tierras en órbita cercana. No solo las super-Tierras formadas previamente se acumulan en una barrera a prueba de bebés. El hecho de que los guijarros se acumulen en esa barrera también proporciona las condiciones ideales para que la súper Tierra se forme nuevamente en ese lugar.

Los resultados no fueron una sorpresa total para los investigadores. De hecho, habían encontrado una trampa de guijarros similar en modelos de estrellas mucho más pesadas ("estrellas Herbig"), aunque a una distancia mucho mayor de la estrella. Los nuevos resultados extienden esto a estrellas similares al sol, y agregan el mecanismo a prueba de bebés para planetas recién nacidos. Es más, el nuevo artículo es el primero que ofrece una comparación con datos estadísticos del telescopio espacial Kepler, teniendo en cuenta cuidadosamente que Kepler solo podrá ver ciertos tipos de sistemas (en particular, donde vemos el plano orbital casi de borde).

¿Qué pasa con nuestro propio sistema solar?

Curiosamente, por estos criterios, nuestro propio sistema solar también podría haber albergado un planeta parecido a la tierra más cercano al sol que el planeta más interno actual, Mercurio. ¿Es el hecho de que no exista tal planeta una casualidad estadística, ¿O existió tal planeta y fue expulsado del sistema solar en algún momento? Esa es una pregunta interesante para investigación adicional. Como dice Mario Flock:"No solo que nuestro sistema solar era a prueba de bebés, es posible que el bebé así protegido haya 'volado el nido'".