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Building planetary systems: linking architectures with formation

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Los sistemas de exoplanetas son más complejos de lo que se creía

Los exoplanetas, planetas más allá del Sistema Solar, fueron descubiertos por primera vez en los años noventa del siglo pasado y, aunque la mayoría orbitan alrededor de estrellas, algunos flotan libremente. El equipo del proyecto BuildingPlanS empleó nuevas observaciones para dilucidar la variedad de configuraciones orbitales de estos sistemas planetarios.

Espacio

Si bien se han identificado miles de exoplanetas, la mayoría se encuentran en una región relativamente pequeña de la Vía Láctea. Con técnicas de detección mejoradas, los descubrimientos podrían multiplicarse por diez en un decenio y proporcionar más información sobre sus configuraciones orbitales o «arquitecturas planetarias». Richard Alexander, del proyecto BuildingPlanS, comenta: «Casi cualquier arquitectura planetaria que se pueda imaginar existe en algún lugar, y la mayoría no se parece en nada al Sistema Solar». Pero ¿qué determina estas arquitecturas? En el proyecto BuildingPlanS, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, se investigó cómo se forman los sistemas de exoplanetas y cómo influye este proceso en las arquitecturas actuales. «Nos beneficiamos de nuevas observaciones astronómicas, que nos permitieron determinar que en estos sistemas ocurren muchas más cosas de lo que se creía. Por ejemplo, se pensaba que los discos de acreción de planetas eran lisos y sin rasgos distintivos, pero en realidad están muy estructurados, con anillos, huecos o espirales», comenta Alexander, catedrático de Astrofísica Teórica en la Universidad de Leicester, entidad anfitriona del proyecto.

Ingeniería inversa de las arquitecturas planetarias

Los planetas se forman en discos ricos en gas alrededor de estrellas jóvenes, pero, después de la formación, la interacción entre los planetas y estos discos «parentales» conlleva que los planetas migren a diferentes órbitas. «Si bien podemos observar el inicio de la formación de planetas (discos protoplanetarios) y los productos finales, la mayor parte de lo que sucede entre ambos procesos aún es inobservable. Esto se debe a las escalas temporales implicadas y al hecho de que los materiales intermedios, en esencia rocas grandes, no emiten suficiente luz para que podamos observarlos», explica Alexander. El equipo de BuildingPlanS desarrolló modelos informáticos para simular este proceso intermedio. La mayoría eran modelos hidrodinámicos de planetas y discos de gas o polvo, que empleaban códigos de simulación públicos, en particular PHANTOM, y el propio «software» del equipo. Los datos provenían de observatorios como ALMA, el ESO VLT y el telescopio Hubble. El equipo estableció los parámetros iniciales del disco, por ejemplo su masa, extensión espacial y temperatura, así como las órbitas y propiedades de las estrellas y los planetas. A continuación, simuló la evolución del sistema planetario. También se llevó a cabo un procesamiento posterior con cálculos de transferencia radiativa para ver cómo se observaría en los telescopios. El trabajo de BuildingPlanS se benefició de nuevos datos procedentes de ALMA, que mostraron tipos de exoplanetas que no se creía que existieran. Esto condujo a un resultado preliminar fundamental sobre los sistemas planetarios de Elias 24. El equipo reveló que la estructura del disco observada se debe probablemente a un planeta gigante en el disco exterior, más allá de Neptuno. Otros resultados estaban relacionados con discos desalineados, es decir, los discos no están confinados a un único plano. «Al comienzo del proyecto, la mayoría de las personas los consideraba como algo nuevo, pero nuestro trabajo demuestra que son relativamente más comunes», apunta Alexander. Una parte del trabajo del proyecto se centró en el sistema HD143006. Los modelos del equipo sugieren que se trata de un solo planeta que orbita alrededor de dos estrellas. En este caso, la órbita de las estrellas entre sí no está alineada con la del planeta. Si se confirma, este sería el primer ejemplo conocido de un «planeta circumbinario desalineado».

Un mundo feliz

Los hallazgos del proyecto han llevado a Alexander a proponer dos conclusiones generales que guiarán los trabajos futuros. Primero, que el polvo es muy importante para la evolución temprana de los sistemas planetarios. Tal como Alexander dice: «No se trata solo de los componentes básicos de los planetas, sino que este influye de forma directa en la evolución del disco de gas». En segundo lugar, que el entorno de los sistemas planetarios también es fundamental, lo que significa que los investigadores podrían pasar por alto efectos cruciales al tratar los sistemas de forma aislada para simplificar los estudios. De cara al futuro, Alexander comenta: «Creo que los mayores avances vendrán de nuevas observaciones, sobre todo las procedentes del telescopio espacial James Webb, en las que participa nuestro equipo, gracias en parte a BuildingPlanS».

Palabras clave

BuildingPlanS, planeta, gas, disco, ALMA, observatorios, Sistema Solar, estrellas, órbitas, simulación

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