¿Qué nos dicen los tamaños de los “planetas Kepler” sobre su proceso de formación ?

Durante la última década, el observatorio espacial Kepler, lanzado al espacio por la NASA en 2009, se dedicó a buscar exoplanetas en la vecindad solar y logró descubrir más de 2800 mundos orbitando otras estrellas similares a nuestro Sol. El método de detección que utilizó la misión es el de tránsitos planetarios, el que permite estimar el tamaño de los planetas. Si bien estos tienen tamaños variados que van desde el de nuestro planeta hasta el de Júpiter, la gran mayoría se encuentra en dos grupos predominantes: el de las Super-Tierras y el de los Mini-Neptunos, con radios de 1.3 y 2.5 veces el radio de la Tierra, respectivamente.

Recientemente, un equipo internacional de astrofísicos integrado por dos investigadores del Núcleo Milenio de Formacion Planetaria, Octavio Guilera y Paula Ronco publicaron un trabajo en la revista Astronomy & Astrophysics Letter que explica por primera vez, y desde la perspectiva de la formación planetaria, la existencia de la distribución de tamaños observada en los exoplanetas Kepler.

“Desde el año 2017, que fue cuando se comprobó esta distribución bimodal de tamaños, existen algunos trabajos que explican esta característica mediante modelos de evolución planetaria. Estos modelos calculan el enfriamiento y la pérdida de masa de las atmósferas que pueden sufrir los exoplanetas debido a estar expuestos a la irradiación de sus estrellas anfitrionas. Sin embargo, para que estos reproduzcan correctamente los dos máximos de la distribución de tamaños, se necesita que los núcleos de los planetas sean completamente rocosos, es decir, carentes de agua”, indica Octavio Guilera, quien también es Investigador Adjunto de Conicet en el Instituto de Astrofísica de La Plata, Argentina.

Paula Ronco indica que el problema de estos resultados es que se contradicen con los modelos de formación planetaria que predicen que muchos de estos planetas deberían en realidad formarse en regiones donde el agua sería abundante. “Para intentar reconciliar estos resultados, desarrollamos un modelo de formación y evolución planetaria, que estudia de manera autoconsistente a partir de un disco protoplanetario de gas y polvo, cómo se forman los núcleos de los planetas, cuáles son sus composiciones, cómo forman sus atmósferas, y cómo evolucionan en el disco y en el tiempo una vez que la componente gaseosa ya se disipó”, explica la astrofísica.

Crédito imagen: NASA

Este trabajo indica que las propiedades del polvo que forma los núcleos de los planetas son distintas en regiones cercanas y alejadas de la estrella. En la región interior, en la llamada “línea de hielo” donde la temperatura en el disco es lo suficientemente alta como para sublimar el agua, los núcleos de los planetas se forman a partir de condensados secos. En regiones más allá de esa posición, donde la temperatura permite que el agua se encuentre en estado sólido, los planetas crecen a partir de condensados ricos en hielo de agua. Guilera explica que durante el proceso de formación planetaria, las partículas secas que chocan entre sí se rompen más fácilmente que las que son ricas en hielos. De esta manera, las partículas ricas en hielos favorecen la formación de núcleos de planetas más masivos, y por ende más grandes.

“Este resultado naturalmente separa a la población de planetas que formamos con nuestro modelo en planetas secos y menos masivos (por ende más chicos) y en planetas ricos en agua y más masivos (por ende más grandes), reproduciendo la distribución bimodal observada. Además, una vez ya formados, los planetas sufren de procesos que pueden modificar sus tamaños. Los más importantes que incorporamos en nuestro trabajo son, como mencionamos antes, la evaporación de sus atmósferas debido a la radiación estelar y la pérdida de parte de sus envolturas debido a colisiones entre planetas del mismo sistema. Incluyendo estos procesos los radios de los planetas que formamos en nuestras simulaciones son predominantemente los de Super -Tierras y Mini-Neptunos, y reproducen muy bien la población de exoplanetas que observó la misión Kepler”, finaliza Ronco.

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