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Un grupo de astrónomos encontró dos pares de planetas en órbita muy cercana, alrededor de estrellas subgigantes.
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 tienen más de un planeta. Muchos de estos sistemas contienen planetas que orbitan muy lejos uno de otro, pero en algunos casos se hallan suficientemente cerca como para interactuar gravitacionalmente.
John A. Johnson, profesor asistente de astronomía de Caltech, 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 serían destruidos rápidamente si los planetas no estuvieran una danza bien sincronizada".
Los cuatro exoplanetas recientemente descubiertos son gigantes gaseosos más masivos que Júpiter y como la mayoría de los planetas alrededor de otras estrellas, se decubrieron al medir el "bamboleo" o variación Doppler en la luz emitida por sus estrellas al orbitar los planetas a su alrededor (la técnica de velocidad radial). Pero sorprende que los miembros de cada par estén 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 al 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 Sextanis (a 244 años luz de casa) están a 0.75 Unidades astronómicas (unos 112.654.000 km). Para comparar, Júpiter y Saturno nunca están cerca de 531.083.520 km, es decir que los exoplanetas del último caso están aproximadamente a una quinta parte de la distancia entre los dos grandes gaseosos de nuestro sistema solar.
Por 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 de nuestro 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, toma sólo 12 años Terrestres en dar la vuelta al Sol.
Figura del trabajo de Johnson et al. con los parámetros orbitales de los 4 exoplanetas
Los planetas se mueven alrededor 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 pasajes del más cercano. Esas resonancias son creadas por la influencia gravitacional de los planetas unos sobre otros.
"Hay muchas locaciones en un disco protoplanetario donde los planetas pueden formarse. Es muy improbable, sin embargo, que dos planetas se formen justo en localizaciones en las que tengan períodos así de proporcionados", comentó el investigador de Caltech.
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 2:1. Es como un gran bache. Pero si un planeta se está moviendo muy rápido -desde la parte más exterior del disco protoplanetario, donde se formó, hacia su estrella madre- puede no quedar en 2:1. Al moverse más cerca, el próximo paso es una resonancia 5:3, luego una 3:2 y luego 4:3", detalló Johnson.
Los investigadores hallaron que el par de planetas alrededor de HD 200964 están atascados en una resonancia 4:3. "La analogía más cercana en nuestro sistema solar es Titán e Hiperión, dos lunas de Saturno que también siguen ese patrón", añadió Ford. "Pero los planetas en HD 200964 interactúan mucho más fuertemente, dado que cada uno es 20 mil veces más masivo que Titan e Hiperión combinadas".
Johnson destaca que "Este es el sistema más apretado jamás descubierto", lo que genera incertidumbre sobre por qué ocurrió. "Esta 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".
Los astrónomos hallaron los dos sistemas usando datos de un sondeo o búsqueda de planetas alrededor de estrellas desde un 40% al 100% más grandes que nuestro Sol. 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 difícil 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 mullidas e inquietas", agregó Johnson. Y comparó a estas estrellas con "Ricitos de Oro" aquella niña que llega a la casa de tres osos y prueba la sopa de ellos, prefiriendo aquella que no está ni muy caliente ni muy fría y lo mismo con los sillones, prefiriendo aquel ni muy duro ni muy suave: Estas estrellas son como aquella niña: no muy rápidas, no muy calientes, no muy mullidas ni muy inquietas, ideales para cazar planetas.
"Actualmente estamos monitoreando 450 de estas estrellas masivas y estamos hallando enjambres de estrellas. Alrededor de las mismas 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.
Dentro de quizás 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. Lo más probable es que uno de los planetas sea expulsado del sistema completamente", y la danza finalizará.
Fuentes y links relacionados
- Caltech Astronomer Finds Planets in Unusually Intimate Dance around Dying Star
- Retired A Stars and Their Companions VI. A Pair of Interacting Exoplanet Pairs Around the Subgiants 24 Sextanis and HD200964
Johnson, John Asher; Payne, Matthew et al.
arXiv:1007.4552v1
Sobre las imágenes
- Ilustración de exoplaneta. Crédito: NASA.
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