En un estudio reciente publicado en Earth and Planetary Astrophysics , un equipo de investigadores de la Universidad de Texas en Arlington, la Universidad Estatal de Valdosta, el Instituto de Tecnología de Georgia y el Observatorio Nacional de Radioastronomía estimó cuántas lunas teóricamente podrían orbitar la Tierra manteniendo las condiciones actuales, como la estabilidad orbital. Este estudio abre el potencial para una mejor comprensión de los procesos de formación planetaria que también podrían aplicarse a la identificación de exolunas que posiblemente también orbiten exoplanetas similares a la Tierra.

"En un trabajo anterior, examiné el empaquetamiento de planetas para el binario Alpha Centauri", dijo el Dr. Billy Quarles, profesor asistente de astronomía y astrofísica en la Universidad Estatal de Valdosta y coautor del estudio. "En ese caso, desarrollé una estimación de la cantidad de planetas que podrían existir dentro de la zona habitable de cada estrella. En ese escenario, la zona habitable proporcionó condiciones de contorno naturales, donde pude usar el mismo formalismo dinámico para el problema de las lunas. (Usando el sistema Tierra-Sol como binario). Para definir el límite exterior, uno de mis coautores desarrolló un esquema que podríamos usar. Combinando estas ideas, esperábamos que>10 Ceres-, 6 Plutón- y 4 Serían posibles objetos del tamaño de la Luna (es decir, la Tabla 2 de nuestro artículo)."

Si bien hay más de 200 lunas en nuestro sistema solar, solo tres orbitan planetas terrestres (rocosos):nuestra luna (Luna) alrededor de la Tierra y Fobos y Deimos alrededor de Marte. Las más de 200 lunas restantes orbitan todos los gigantes gaseosos, para incluir a Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Como señala el estudio, esta gran diferencia es esperable ya que "experimentan diferentes mecanismos de formación y procesos de evolución orbital". El estudio analiza cómo el número máximo permitido de lunas que podrían existir alrededor de la Tierra depende de los tamaños asumidos de las propias lunas. En este caso, los investigadores utilizaron objetos del tamaño de Ceres, Plutón y Luna para determinar cuántos de cada uno podrían orbitar la Tierra con éxito. Los resultados mostraron que la estabilidad orbital podría mantenerse con satélites de hasta 7 ± 1 masa de Ceres, 4 ± 1 masa de Plutón y 3 ± 1 lunas de masa Luna.

"La sorpresa fue que los prototipos de menor masa eran más limitados, lo que atribuimos a su mayor probabilidad de dispersión (debido a una menor inercia)", dijo Quarles. "Las perturbaciones de las lunas vecinas son suficientes para causar una dispersión sustancial en unos pocos miles de años. Tuvimos que reducir el número de lunas para dar cuenta de esto".

Como se ve con las lunas galileanas de Júpiter, los satélites pequeños que orbitan un cuerpo planetario mucho más grande pueden dar como resultado lo que se conoce como calentamiento por marea, donde el estiramiento y la compresión constantes de los satélites mucho más pequeños conducen a resultados interesantes, que incluyen vulcanismo en Io y un océano interior en Europa. Pero, ¿podría un sistema de varias lunas con la Tierra experimentar estos mismos resultados también?

"El calentamiento por marea de las propias lunas puede ser posible, pero no está claro el alcance del calentamiento sin realizar simulaciones detalladas", dijo el Dr. Quarles. "Es tentador sugerir que la luna más interna podría parecerse a Io, pero su calentamiento por marea se debe en parte a las resonancias de movimiento medio con las otras lunas galileanas. En nuestros sistemas, las resonancias de movimiento medio desestabilizan en gran medida el sistema de satélites porque el sol se suma a cada el crecimiento de la excentricidad de la luna y su eventual dispersión".

Junto con el potencial de calentamiento por mareas, este estudio también amplía potencialmente la búsqueda de exolunas que orbitan exoplanetas. Desafortunadamente, mientras que el número de exoplanetas confirmados es de miles, el número de exolunas confirmadas actualmente es menos de una fracción de ese número.

"Actualmente tenemos 2 exolunas candidatas (Kepler-1625b-i y Kepler-1708b-i), pero sus respectivos planetas anfitriones son similares a Júpiter", dijo el Dr. Quarles. "Las lunas candidatas también son más grandes que la Tierra. Estos casos más exóticos pueden ser más fáciles de identificar de una manera similar. Los Júpiter calientes fueron más fáciles de detectar sobre planetas más pequeños en los primeros días de los exoplanetas. Sin embargo, se descubrieron múltiples sistemas de planetas poco después. los primeros exoplanetas auténticos. Esperamos algo similar para las exolunas. Cuando tenemos varias exolunas candidatas orbitando el mismo planeta, entonces nuestro trabajo tendrá más utilidad. Las restricciones que encontramos son bastante optimistas, donde las condiciones más realistas probablemente limitarán el número. de lunas más. En mediciones fotométricas, los objetos de fondo podrían imitar la señal de tránsito de una exoluna candidata, y nuestro trabajo proporciona una base física para limitar el número de lunas esperadas al probar diferentes hipótesis".

El Dr. Suman Satyal, profesor asistente adjunto de física en la Universidad de Texas en Arlington y autor principal del estudio, dijo que dado que la Tierra puede tener más de una luna, esto "aumenta la probabilidad" de detectar exolunas. "Esto debería dar una idea a los observadores de exolunas sobre el límite superior del número de lunas alrededor de un planeta con masa terrestre que orbita una estrella similar al Sol", dijo.

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