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20 de septiembre de 2017

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¿Cómo se forman los planetas gigantes tipo Júpiter pero muy lejanos de la estrella que orbitan?

Lo publican tres astrónomos de la FCAG-UNLP.

   ¿Cómo se forman los planetas gigantes tipo Júpiter pero muy  lejanos de la estrella que orbitan?

planeta gigante

Son astrónomos jóvenes de la Facultad de Cs. Astronómicas y Geofísicas de la Universidad Nacional de La Plata e investigadores del Instituto de Astrofísica de La Plata (CONICET-UNLP); juntos han profundizado una línea teórica para explicar la posible formación de esos planetas que se “alejan” de la teoría estándar sobre formación de planetas pero que, según su trabajo recientemente publicado en una revista internacional,  no la contradicen.  Se trata de los Dres. Octavio Guilera, Marcelo Miller Bertolami y la Lic. María Paula Ronco. Dialogamos con ellos.

-¿Pueden resumir  el trabajo que han realizado y que ahora ha sido publicado en la sección Letters de la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society? 

En este trabajo presentamos una idea novedosa para la formación de planetas gigantes en órbitas lejanas, de los cuales existen varios ejemplos que se han detectado durante la última década y cuya formación es todavía un misterio.

El trabajo ofrece una explicación natural sobre  la formación de planetas gigantes en órbitas lejanas y utiliza el paradigma dominante de la formación de planetas gigantes, esto es, por acreción del núcleo.

 

-¿Acreción del núcleo?

Es decir que el núcleo crece porque se va “comiendo” el material sólido, es una terminología que refiere al crecimiento de un cuerpo por agregación de cuerpos menores. Este paradigma dominante propone que los planetas gigantes comienzan su formación a partir de la formación de un núcleo sólido, el cual crece por la acreción del material sólido presente en el disco protoplanetario. Cuando este núcleo se vuelve significativamente masivo -de unas 10 masas terrestres- comienza a ligar gravitatoriamente grandes cantidades de gas del disco, centenas de masas terrestres de gas, para formar planetas similares a Júpiter y Saturno.

-Nombran planetas que nos resultan más familiares, ¿qué tamaño tienen?

La masa de Júpiter es de unas 320 masas terrestres y la de Saturno de unas 95 masas terrestres, en donde la mayor parte de éstas es gas.

-¿Cuál es la importancia de este trabajo?

Desde las primeras detecciones por imagen directa de planetas extrasolares (Marois et al. 2008, Kalas et al. 2008) se ha observado un número creciente de planetas gigantes que orbitan alrededor de una estrella central a distancias mayores a las 50 unidades astronómicas (UA). Para tener una idea de estas distancias es importante tener presente que 1 UA es la distancia mediaTierra-Sol, y que Neptuno, el planeta más alejado de nuestro Sistema Solar, se encuentra a unas 30 UA.  La formación de planetas gigantes a distancias tan grandes es un problema para la teoría de formación de los mismos por acreción del núcleo, que es el paradigma dominante para la formación planetaria.

Esto ha llevado a reflotar la idea alternativa de que algunos planetas gigantes se forman directamente por el colapso gravitatorio de parte del disco protoplanetario, en un proceso similar a la formación de un estrella. En este contexto, algunos investigadores han propuesto modificaciones a la teoría de formación por acreción del núcleo para “salvarla” y permitirle formar planetas en órbitas lejanas.

La importancia de este trabajo es que ofrece un mecanismo natural, esto es, sin modificaciones ad-hoc, dentro de la teoría estándar para formar planetas gigantes en órbitas lejanas.

Es difícil de explicar la formación de estos planetas bajo la teoría estándar. Nosotros encontramos que si se estudia en forma conjunta, la formación y migración de un planeta y la evolución del disco de gas incluyendo la fotoevaporación debido a la estrella central, pueden darse condiciones particulares en donde la teoría estándar explica de manera natural la formación de estos objetos. 

 

-¿Cómo lo pueden graficar?

El escenario funciona de la siguiente manera: hay una estrella -como el Sol en  nuestro sistema solar-  y alrededor de ella se pueden formar uno o más planetas. Cuando la fotoevaporación sobre el disco de gas, causada por la radiación de la estrella central, abre un agujero central en el disco,  genera en el mismo, una región donde los torques sobre el planeta actúan en la dirección opuesta a la usual. Como consecuencia, los planetas ubicados cerca del frente de fotoevaporación del disco sufren una migración hacia el exterior del disco, alejándose de la estrella central. En el trabajo mostramos que estas condiciones pueden darse en una variedad de sistemas planetarios,  si se dan las condiciones apropiadas, el planeta en formación migrará hacia el exterior del disco manteniéndose siempre cerca del frente de fotoevaporación y migrando cada vez más hacia afuera. De esta manera es posible formar planetas gigantes en regiones muy externas del disco donde inicialmente no hay material suficiente para formar un núcleo planetario masivo que es el prerrequisito para la formación de planetas gigantes, según la teoría estándar.

-Vale recordar que ustedes hacen teoría y modelos que contribuyen a comprender  mejor la naturaleza y que, en el mejor de los casos, la observación luego convalida.

Claro, y para ello realizamos una mejora de nuestro código de formación planetaria, que llamamos “PlanetaLP”, mediante la incorporación de un modelado más realista del disco de gas y un mejor tratamiento de la interacción planeta-disco y las consecuentes tasas de migración de los planetas.

¿Cuál es el aporte de cada uno de ustedes?

Dos de nosotros -la Lic. María Paula Ronco y el Dr. Octavio Guilera- desarrollamos la idea central del trabajo, identificando en simulaciones numéricas de un trabajo anterior, la existencia de planetas que se formaban y migraban al exterior del sistema planetario como consecuencia de su interacción con el disco de gas. A fin de que las simulaciones fuesen más realistas, y por lo tanto más convincentes, necesitábamos mejorar el cálculo de la migración planetaria. Esto involucraba mejorar el cálculo de la estructura termodinámica del disco de gas. La mejora del modelado numérico del disco de gas y la implementación de un cálculo más realista de los torques del disco sobre el planeta, la realizamos entre el primer autor del trabajo -el Dr. Guilera- y el tercer miembro del equipo -el Dr. Marcelo Miller Bertolami-. Una vez obtenidos los resultados con el modelo mejorado, todos participamos en la discusión de los resultados, su presentación y la escritura del artículo.

-¿Tienen pensado continuar investigando el caso o casos similares? ¿Cuál es la perspectiva a futuro?

Sí, la idea sería realizar una exploración sistemática del problema y su espacio de parámetros mediante una síntesis de población. Esto nos permitirá entender bajo qué circunstancias físicas (masas de los discos, masas de la estrella central, tamaño de los planetesimales) es efectivo el mecanismo. Más importante aún, una exploración del espacio de parámetros podría darnos una idea de cuál es la frecuencia esperada para este tipo de sistemas. Esto es importante porque los planetas gigantes en órbitas aisladas son una pequeña minoría y cualquier mecanismo para formarlos no debería ser muy efectivo. Además, la idea es explorar la formación de planetas gigantes en órbitas lejanas inmersos en sistemas planetarios completos. Es decir, extender este trabajo al estudio de la formación de varios planetas a la vez, dado que hasta el momento solo hemos explorado la formación aislada de los mismos.

 

 

 

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