¿Cómo pueden dos planetas tan similares en algunos aspectos tienen densidades tan diferentes? Según un nuevo estudio, una colisión catastrófica puede ser la culpable.
En nuestro Sistema Solar, todos los planetas interiores son pequeños mundos rocosos con densidades similares, mientras que los planetas exteriores son gigantes gaseosos con sus propias densidades similares. Pero no todos los sistemas solares son como los nuestros.
La misión Kepler descubrió una amplia variedad de exoplanetas durante sus nueve años de operación. Gracias a esa misión, ahora sabemos de 2.000 exoplanetas confirmados que tienen menos de tres radios de la Tierra. Y aunque estos 2.000 planetas tienen un rango de tamaños bastante ajustado, sus densidades pueden variar mucho.
El nuevo artículo fue publicado en Nature Astronomy por los astrónomos Aldo S. Bonomo y Mario Damasso del Istituto Nazionale Di Astrofisica (INAF), y por el Centro de Astrofísica | Astrofísico de Harvard y Smithsonian (CfA) Li Zeng. Un gran equipo de colegas demasiado numeroso para enumerar también participó en el estudio.
Algunos de los 2.000 exoplanetas mencionados anteriormente tienen densidades más bajas que el gigante gaseoso Neptuno, que consiste en volátiles de baja densidad, mientras que algunos tienen densidades más altas que la Tierra, que consiste principalmente en roca (aproximadamente 32% de hierro). Un nuevo estudio examinó exoplanetas en el sistema Kepler-107 para intentar comprender cómo los planetas en el mismo sistema y con tamaños similares pueden tener un rango tan amplio de densidades.
El equipo se centró en el sistema Kepler-107 porque contiene cuatro planetas del tamaño de Neptuno: Kepler-107b, c, d y e. Los dos planetas más internos, 107b y 107c, tienen radios casi idénticos de 1.5 y 1.6 radios terrestres, pero 107c es más del doble de denso que 107b. ¿Cómo pueden estos gemelos, que forman parte de un sistema muy compacto de planetas, tener composiciones tan diferentes?
"Este es uno de los muchos sistemas de exoplanetas interesantes que el telescopio espacial Kepler ha descubierto y caracterizado".
Li Zeng, Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias, Universidad de Harvard.
La respuesta corta es que se formaron en condiciones muy diferentes o que sucedió algo dramático después de la formación para alterar sus densidades tan drásticamente.
Antes de Kepler, los astrónomos solo tenían nuestro propio Sistema Solar. Y en nuestro Sistema, parece que Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno se formaron en los confines exteriores del disco protoplanetario, a partir de helados fríos y gases que formaban la mayor parte del material en el Sistema Solar exterior. En los confines del joven Sistema Solar, los planetas rocosos se formaron a partir de materiales que sobrevivieron a la radiación del Sol, como los silicatos y el hierro.
Pero la misión Kepler nos mostró que lo que consideramos la norma, es decir, nuestro propio Sistema Solar, es solo un camino que los sistemas solares pueden tomar. Kepler descubrió numerosos llamados "Júpiter calientes", grandes mundos gaseosos que orbitan muy cerca de sus propias estrellas. Estos gigantes gaseosos masivos no podrían haberse formado tan cerca de sus estrellas, porque los gases de los que se formaron no habrían sobrevivido tan cerca de su estrella. Deben haberse formado más lejos y luego emigrar.
Hay evidencia de que Júpiter se formó en los confines de nuestro Sistema Solar, luego migró más cerca del Sol, antes de llegar a su órbita actual. Pero hasta donde sabemos, los planetas rocosos internos no migraron: se formaron en el Sistema Solar interno y se quedaron aquí.
El sistema Kepler 107 también nos muestra que los sistemas solares pueden formarse de manera diferente a la nuestra, y que una colisión catastrófica entre dos mundos puede alterar sus densidades.
Kepler 107b y 107c tienen radios de 1.53 y 1.59 radios terrestres, períodos orbitales de 3.18 y 4.9 días, pero densidades de 5.3 y 12.65 gramos por centímetro cúbico, respectivamente. ¿Qué puede explicar la gran disparidad en las densidades? Si la radiación solar fuera responsable, al hervir los volátiles, ¿no estarían ambos planetas sujetos a ella? Además, el planeta externo tiene la mayor densidad, no la interna.
El equipo de astrónomos argumenta que fue una colisión catastrófica la responsable de las densidades dispares.
Lo que piensan que sucedió es que Kepler 107c, el planeta externo y más denso, sufrió una colisión catastrófica que se despojó de su manto de silicato, dejando solo el núcleo de hierro.
"Este es uno de los muchos sistemas de exoplanetas interesantes que el telescopio espacial Kepler ha descubierto y caracterizado", dijo Li Zeng de Harvard. “Este descubrimiento ha confirmado un trabajo teórico anterior que sugiere que el impacto gigante entre los planetas ha jugado un papel durante la formación del planeta. Se espera que la misión TESS encuentre más ejemplos de este tipo ”.
Las colisiones planetarias no son una idea nueva. La evidencia muestra que la Luna de la Tierra fue creada como resultado de una colisión catastrófica entre la Tierra y otro cuerpo llamado Theia. Esta nueva investigación sugiere que pueden ser mucho más comunes de lo que se pensaba.
Si se producen interrupciones catastróficas con frecuencia en los sistemas planetarios, los astrónomos predicen encontrar muchos otros ejemplos como Kepler-107, ya que un número creciente de densidades de exoplanetas se determina con mayor precisión.
Fuentes:
- Documento de investigación: un impacto gigante como el probable origen de diferentes gemelos en el sistema de exoplanetas Kepler-107
- Comunicado de prensa: colisión de exoplanetas
- Wikipedia: Kepler-107
- Cal-Tech: Hot Jupiters
- Wikipedia: Júpiter caliente
