Un equipo internacional ha lanzado un programa ambicioso que busca cartografiar las exoplanetas situadas alrededor del "desierto de Neptunos calientes", una zona alrededor de la estrella donde los planetas del tipo Neptuno están ampliamente subrepresentados.
El objetivo: comprender mejor los mecanismos de evolución y formación de los sistemas planetarios. Esta colaboración, bautizada como ATREIDES, presenta sus primeros resultados con la observación del sistema planetario TOI-421. El análisis de este sistema revela una arquitectura orbital sorprendentemente inclinada, ofreciendo una nueva perspectiva de la historia caótica de estos mundos lejanos. Este estudio inaugural se publica en la revista
Astronomy & Astrophysics.
Ilustración artística. © Elsa Bersier - CFPArts / ESBDi Ginebra ¿Cuáles son los mecanismos físicos que gobiernan la formación y evolución de los sistemas planetarios? Para responder a esta amplia pregunta, un grupo de científicos liderado por el Departamento de Astronomía de la UNIGE decidió concentrarse en un tipo preciso de exoplanetas: las exo-Neptunos, planetas fuera de nuestro sistema solar unas veinte veces más masivas que la Tierra.
Comprender los mecanismos que esculpen el desierto de Neptunos calientes, la sabana y la cresta permitirá entender mejor la formación planetaria en su conjunto.
Esta última década, los científicos han hecho importantes descubrimientos en materia de distribución -es decir, de repartición- de las exoplanetas. Ellos y ellas han constatado que en las regiones muy cercanas a las estrellas, las exo-Neptunos están ausentes. En cambio, estudios recientes, en los que la UNIGE ha participado, muestran que en zonas un poco más alejadas de las estrellas -una región en la distribución de las exoplanetas más templada y llamada "sabana"- este tipo de planetas está más presente. Y que existe entre esta sabana y el desierto una región llamada "cresta neptuniana", donde incluso estarían sobrerrepresentadas en comparación con las otras dos regiones.
"La complejidad del paisaje exo-neptuniano es una verdadera ventana a los procesos de formación y evolución de los sistemas planetarios. Esto es lo que motivó la ambiciosa cooperación científica ATREIDES, que se apoya especialmente en un amplio programa de observación que realizamos en los mayores telescopios europeos -los VLT de ESO- con el espectrógrafo más preciso del mundo, ESPRESSO", detalla Vincent Bourrier, maestro de enseñanza e investigación en el Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, investigador principal del programa ATREIDES y primer autor del estudio inaugural.
Este gráfico sitúa las exoplanetas en función de su tamaño y su distancia respecto a su estrella. Cada punto representa una exoplaneta. Planetas del tamaño de Júpiter (situadas en la parte superior del gráfico) y planetas del tamaño de la Tierra y las super-Tierras (en la parte inferior) se encuentran tanto cerca como lejos de su estrella. Pero los planetas del tamaño de Neptuno (en el medio), cercanos a su estrella, son raros.
Este llamado desierto de Neptuno caliente muestra que tales mundos extraterrestres son escasos, o que fueron abundantes en cierta época, pero han desaparecido desde entonces. En rojo GJ3470b, una Neptuno caliente en el límite del desierto. A la conquista del "desierto"
El programa ATREIDES se enfoca así en las exo-Neptunos para identificar los procesos responsables de la cresta, la sabana y el desierto y extraer de ellos informaciones más generales sobre la formación y evolución de los planetas. Los científicos planean por un lado la observación de un gran número de Neptunos con ESPRESSO y, por otro lado, el análisis y modelización de los datos de todos los planetas en un marco homogéneo y coherente. Este enfoque sistemático debe permitir una verdadera comparación entre los diferentes sistemas planetarios y una mejor comprensión de los mecanismos que moldean este complejo paisaje neptuniano.
Concebida como una iniciativa comunitaria abierta e internacional, la colaboración ATREIDES invita a todos los astrónomos interesados a unirse a este esfuerzo científico, al igual que la Universidad de Warwick. "Utilizamos los telescopios NGTS, un programa de observación de exoplanetas por el método de tránsitos, para observar el tránsito de estas Neptunos y así optimizar nuestro uso de ESPRESSO/VLT. Podemos entonces obtener mediciones mucho más precisas o incluso identificar procesos, como las erupciones estelares, que podrían influir en los datos de ESPRESSO", indica Daniel Bayliss, profesor asociado del Departamento de Física de la Universidad de Warwick.
TOI-421: una arquitectura orbital "desalineada"
El primer sistema observado y analizado en el marco de ATREIDES se llama TOI-421. Posee dos planetas: una Neptuno caliente TOI-421 c situada en la sabana y un planeta más pequeño, y más cercano a la estrella, TOI-421 b. Los astrónomos pudieron rastrear la historia caótica de este sistema.
Una de las hipótesis del programa ATREIDES estipula que el paisaje neptuniano ha sido esculpido por la manera en que estos planetas migraron desde su lugar de nacimiento hacia sus órbitas actuales. Algunos planetas migrarían suave y precozmente a través del disco de gas en el que se formaron, un proceso que debe producir órbitas alineadas. Otros serían violentamente propulsados a sus órbitas mucho más tarde, mediante un proceso caótico llamado "migración de alta excentricidad", que da lugar a órbitas fuertemente desalineadas.
Una de las variables clave de esta hipótesis es por lo tanto el alineamiento entre el plano ecuatorial de la estrella y el plano orbital de cada planeta. Midiendo este alineamiento para TOI-421, los científicos pudieron mostrar que los dos planetas del sistema están fuertemente desalineados, lo cual es muy diferente de nuestro sistema solar donde los planetas están alineados y giran por lo tanto casi en el plano ecuatorial de nuestro Sol. Esto apunta hacia una historia agitada durante la evolución del sistema TOI-421 después de su formación.
El análisis de TOI-421 es solo un anticipo de la cosecha por venir. Aporta valiosas informaciones a los científicos pero permite, también y sobre todo, perfeccionar las herramientas de análisis y modelización desarrolladas en la colaboración ATREIDES. Sin embargo, un gran número de sistemas planetarios que albergan exo-Neptunos deberán ser observados y analizados con el mismo rigor antes de poder trazar las grandes líneas que permitan la comprensión de la evolución y formación de los sistemas planetarios.
"Comprender bien los mecanismos que esculpen el desierto de Neptunos calientes, la sabana y la cresta permitirá entender mejor la formación planetaria en su conjunto... pero hay que apostar que el Universo nos reserva otras sorpresas, que nos forzarán a desarrollar nuevas teorías", concluye Vincent Bourrier.
Fuente: Universidad de Ginebra