27 de julio de 2010
Cortesía de Bill Youngblood
Cientos de exoplanetas han sido encontrados durante la última década y media, la mayoría de ellos como mundos solitarios orbitando a sus estrellas. Con mayor observación, sin embargo, uno de cada tres de estos sistemas tiene más de un planeta. Muchos de estos sistemas contienen planetas que orbitan muy lejos uno de otro pero, en algunos casos, se hallan lo suficientemente cercanos como para interactuar gravitacionalmente. En tan sólo un puñado de casos, se han encontrado planetas lo bastante cerca el uno al otro como para interactuar gravitacionalmente.
John A. Johnson, profesor asistente de astronomía de Caltech (Instituto Tecnológico de California), y sus colegas, encontraron dos sistemas con pares de planetas gaseosos gigantes atrapados en una órbita abrazadora.
En un sistema, un par de planetas orbitan la masiva y moribunda estrella HD 200964, a casi 223 años luz de la Tierra. Allí, la íntima danza es mucho más cercana que lo previamente conocido. “Este nuevo par de planetas vinieron en un paquete imprevisto”, señaló Johnson.
Eric Ford, de la Universidad de Florida, añade que “Un sistema planetario con planetas gigantes tan cercanos sería destruido rápidamente si los planetas no estuvieran en una danza bien sincronizada. Esto hace que sea un verdadero enigma cómo los planetas podrían haber encontrado su ritmo”.
El artículo de Johnson, Ford y sus colaboradores describiendo los planetas y sus intrigante dinámica orbital ha sido aceptado para su publicación en el Astronomical Journal.
Los cuatro exoplanetas recientemente descubiertos son gigantes gaseosos más masivos que Júpiter y como la mayoría de los planetas alrededor de otras estrellas, se descubrieron al medir el “bamboleo” o variación Doppler en la luz emitida por sus estrellas, al orbitar los planetas a su alrededor . Sorprendentemente, los miembros de cada par están localizados notablemente cerca uno de otro.
Por ejempo, la distancia entre los planetas alrededor de HD 200964 es ocasionalmente de sólo 0,35 Unidades Astronómicas, es decir el 35% de la distancia entre la Tierra y el Sol (unos 52.500.000 km), algo comparable a la distancia entre nuestro planeta y Marte. Los planetas alrededor de la otra estrella, 24 Sextantis (distante a 244 años luz ) están a 0,75 Unidades Astronómicas (unos 112.654.000 km). Para comparar, Júpiter y Saturno nunca están más cerca que 531.083.520 km.
Debido a sus grandes masas y proximidad, estos pares ejercen una gran fuerza gravitacional unos sobre otros. Este tirón, en el caso de los exoplanetas alrededor de HD 200964 es 3 millones de veces mayor que la fuerza gravitacional entre la Tierra y Marte, 700 veces mayor que la que hay entre nuestro planeta y la Luna y 4 veces mayor que el tirón gravitacional del Sol a la Tierra.
A diferencia de los gigantes gaseosos del Sistema Solar, los nuevos exoplanetas están localizados comparativamente cerca de sus estrellas. Los que orbitan alrededor de 24 Sextanis tienen períodos orbitales de 455 días (1,25 años) y 910 días (2,5 años) y los que acompañan a HD 200964 tienen períodos de 630 días (1,75 años) y 830 días (2,3 años). Júpiter, por contraste, tarda 12 años terrestres en dar una vuelta al Sol.
Los planetas se desplazan por los alrededores luego de nacer, en un proceso conocido como migración. Se cree que eso es común, incluso en el Sistema Solar. Los planetas localizados en las lejanías del disco protoplanetario pueden migrar más rápido que los que están más cerca. “Y pueden volverse estables si entran en una órbita de resonancia”, explica Johnson.
Cuando los planetas están atrapados en una órbita de resonancia, sus períodos orbitales están relacionados con una fracción de dos enteros. En una resonancia 2:1, por ejemplo, un planeta exterior orbitará a su estrella una vez por cada dos órbitas del planeta interior; en una resonancia 3:2, el planeta más lejano orbitará dos veces por cada tres vueltas del más cercano. Esas resonancias son creadas por la influencia gravitacional de los planetas entre sí.
“Hay muchas lugares en un disco protoplanetario donde los planetas pueden formarse. Es muy improbable, sin embargo, que dos planetas se formen justo en lugares en los que tengan períodos así proporcionados”.
Una resonancia 2:1 -que es el caso de los planetas alrededor de 24 Sextanis- es el patrón más estable y más común. “Los planetas tienden a atascarse en la razón 2:1. Es como un gran bache”, dice Johnson. Pero si un planeta se está moviendo muy rápido – desde la parte más exterior del disco protoplanetario, donde se formó, hacia su estrella central – puede no quedar en 2:1. Al acercarse más, el próximo paso es una resonancia 5:3, luego una 3:2 y luego 4:3″.
Johnson y sus colegas han encontrado que el par de planetas alrededor de HD 200964 están atascados en una resonancia 4:3. “La analogía más cercana en el Sistema Solar es Titán e Hiperión, dos satélites naturales de Saturno que también siguen ese patrón”, dice Ford. “Pero los planetas en HD 200964 interactúan mucho más fuertemente, dado que cada uno es 20 mil veces más masivo que Titán e Hiperión combinados”.
“Éste es el sistema más apretado jamás descubierto”, agrega Johnson, “ lo que genera incertidumbre sobre por qué ocurrió. Ésta es la última de una larga serie de raros descubrimientos acerca de planetas extrasolares y muestra que los exoplanetas continuamente tienen esta habilidad de sorprendernos. Cada vez que pensamos que los podemos explicar, algo más sale a la luz”.
Johnson y sus colegas hallaron los dos sistemas usando datos de un relevamiento de búsqueda de planetas alrededor de estrellas desde un 40% al 100% más grandes que el Sol, el Keck Subgiants Planet Survey. Las estrellas subgigantes representan una clase de estrellas que evolucionaron fuera de la secuencia principal, y se quedaron sin hidrógeno para la fusión nuclear, causando que sus núcleos colapsaran y que sus capas exteriores se hinchen. Las subgigantes finalmente se vuelven voluminosas gigantes rojas con grandes atmósferas que pulsan, haciéndose difíciles de detectar las sutiles variaciones espectrales causadas por planetas orbitándolas.
“Las subgigantes están rotando muy lentamente y están frías, pero no se han expandido lo suficiente como para ser muy fofas e inquietas”, dice Johnson. Son estrellas “Ricitos de Oro”: no muy rápidas, no muy calientes, no muy fofas ni muy inquietas, ideales para cazar planetas.
“Actualmente estamos monitoreando 450 de estas estrellas masivas y estamos hallando montones de planetas”, dice él. Alrededor de estas estrellas, estamos viendo tres o cuatro veces más planetas a una distancia de 3 Unidades Astronómicas – la distancia de nuestro cinturón de asteroides – de lo que vemos alrededor estrellas de la secuencia principal. La masa estelar tiene una enorme influencia en la ocurrencia de planetas porque la cantidad de material bruto disponible para crear planetas es proporcional a la masa de la estrella”, explicó el investigador.
Quizá dentro de 10 ó 100 millones de años, las estrellas subgigantes HD 200964 y 24 Sextanis se convertirán en gigantes rojas. Expulsarán sus atmósferas exteriores, hinchándose lo suficiente como para engullir al planeta interior de su par danzante y expulsarán masa, cambiando la dinámica gravitacional de todo el sistema. “Los planetas se alejarán y sus órbitas se volverán inestables”, dice Johnson. Lo más probable es que uno de los planetas sea expulsado completamente del sistema”, y la danza finalizará.
El artículo científico A Pair of Interacting Exoplanet Pairs Around the Subgiants 24 Sextanis and HD 200964, tiene como coautores a Matthew Payne y Eric B. Ford de la Universidad de Florida; Andrew W. Howard y Geoffrey W. Marcy de la Universidad de California, en Berkeley; Kelsey Clubb de la Universidad del Estado de San Francisco; Brendan P. Bowler de la Universidad de Hawai, en Manoa; Gregory W. Henry de la Universidad del Estado de Tennessee; Debra A. Fischer, John Brewer y Christian Schwab de la Universidad Yale; Sabine Reffert, del ZAH-Landessternwarte; and Thomas Lowe det UCO/Observatorio de Lick.
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Etiquetas: exoplanetas
