Investigadores del Departamento de Física y Astronomía de Penn han desarrollado un nuevo método para comprender mejor la relación entre la composición química de una estrella y la formación de planetas. El estudio fue dirigido por el recién graduado Jacob Nibauer por su tesis de último año con Bhuvnesh Jain y fue co-supervisado por el ex postdoctorado de Penn Eric Baxter. Los investigadores encontraron que la mayoría de las estrellas en su conjunto de datos son similares en composición al sol, algo en desacuerdo con trabajos anteriores e implicando que muchas estrellas en la Vía Láctea podrían albergar sus propios planetas similares a la Tierra. Estos resultados se presentaron en la 238a conferencia de la Sociedad Astronómica Estadounidense y también se publicaron en el Diario astrofísico .

La técnica más común para encontrar exoplanetas, los que existen fuera del sistema solar, implica el método de tránsito, cuando un exoplaneta se mueve entre su estrella y el observador y provoca una caída en el brillo de la estrella. Si bien la mayoría de los exoplanetas conocidos se han descubierto utilizando este método, este enfoque es limitado porque los exoplanetas solo pueden detectarse cuando su órbita y el observador están perfectamente alineados y tienen períodos de órbita lo suficientemente cortos. La segunda técnica más poderosa, el método de velocidad radial o Doppler, tiene otras limitaciones en su capacidad para encontrar planetas.

Esto plantea la pregunta, Si no se pueden detectar planetas alrededor de una estrella, ¿Se puede inferir su existencia estudiando la estrella anfitriona? Los investigadores encontraron que la respuesta a esta pregunta es un sí calificado, con nuevos métodos que ayudan a los astrónomos a comprender mejor cómo se relaciona la formación de exoplanetas con la composición de la estrella que orbitan.

"La idea es que los planetas y las estrellas nacen de la misma nube natal, por lo que puede imaginar un escenario en el que un planeta rocoso se bloquea en suficiente material para dejar la superficie estelar tardía agotada en esos elementos, ", dice Nibauer." El objetivo es responder si las estrellas que albergan planetas se ven diferentes a las estrellas sin planetas, y una forma de hacerlo es buscar firmas de formación de planetas en la composición de la superficie estelar. Afortunadamente, la composición de una estrella, al menos de sus capas externas, se puede inferir de su espectro, la distribución de la intensidad de la luz en diferentes frecuencias ".

Para hacer esto, los investigadores utilizaron datos del Experimento de Evolución Galáctica del Observatorio Apache Point (APOGEE-2), centrándose en 1, 500 estrellas de la galaxia de la Vía Láctea con datos de composición química de cinco elementos diferentes. La novedosa contribución de Nibauer fue aplicar las estadísticas bayesianas para medir la abundancia de cinco rocas formadoras, o "refractario, "elementos y poblaciones de estrellas objetivamente separadas en función de sus composiciones químicas.

El método de Nibauer permite a los investigadores observar estrellas con bajas relaciones señal / ruido, o donde el fondo de medición puede ser más grande que la propia señal de la estrella. "Este marco, en lugar de centrarse estrella por estrella, combina mediciones de toda la población que nos permite caracterizar la distribución global de abundancias químicas, "dice Nibauer." Por eso, podemos incluir poblaciones de estrellas mucho más grandes en comparación con estudios anteriores ".

Los investigadores encontraron que su conjunto de datos separaba perfectamente las estrellas en dos poblaciones. Estrellas agotadas que componen la mayor parte de la muestra, carecen de elementos refractarios en comparación con la población no agotada. Esto podría indicar que el material refractario que falta en la población agotada está encerrado en planetas rocosos. Estos resultados son consistentes con otros más pequeños, estudios específicos de estrellas que utilizan mediciones de composición química más precisas. Sin embargo, la interpretación de estos resultados difiere de estudios previos en que el sol parece pertenecer a una población que constituye la mayoría de la muestra.

"Los estudios anteriores se centraron en el sol, entonces las estrellas son como el sol o no, pero Jake desarrolló una metodología para agrupar estrellas similares sin hacer referencia al sol, "dice Jain." Esta es la primera vez que un método que 'deja que los datos hablen' ha encontrado dos poblaciones, y luego podríamos colocar el sol en uno de esos grupos, que resultó ser el grupo agotado ".

Este estudio también proporciona una vía prometedora para identificar estrellas individuales que pueden tener una mayor probabilidad de albergar sus propios planetas. dice Nibauer. "El objetivo a largo plazo es identificar grandes poblaciones de exoplanetas, y cualquier técnica que pueda imponer una restricción probabilística sobre si es probable que una estrella sea un anfitrión planetario sin tener que depender del método de tránsito habitual es muy valiosa, " él dice.

Y si las estrellas de la Vía Láctea se agotan es la norma, esto podría significar que la mayoría de estas estrellas podrían estar orbitadas por planetas similares a la Tierra, abriendo la posibilidad de que las estrellas a las que les "faltan" elementos más pesados ​​simplemente los tengan encerrados en exoplanetas rocosos en órbita, aunque también se están explorando otras posibles conexiones con exoplanetas. "Esto sería emocionante si se confirmara mediante análisis futuros de conjuntos de datos más grandes, "dice Jain.