Los compañeros analógos de Júpiter para Súper-Tierras

• Título del artículo original: “An excess of Jupiter analogs in super-Earth systems“
• Autores:M. L. Bryan, H. A. Knutson, B. Fulton, E.J. Lee, K. Batygin, H. Ngo, T. Meshkat
• Institución del primer autor: Cahill Center for Astronomy and Astrophysics, California Institute of Technology; Pasadena, California, Estados Unidos.
• Estado de la publicación: Enviado a Astrophysical Journal.
• Astrobite original: “Discovery of water ice in the shadows of Ceres“ por Emma Foxwell.

A través de los años, varios estudios han establecido el hecho de que los gigantes gaseosos influyeron significativamente en la formación y evolución de nuestro sistema solar. Particularmente, se cree que Júpiter tuvo un rol considerable en la formación del sistema solar interno. Los astrónomos creen que durante la formación del sistema solar, Júpiter bloqueó el flujo de material hacia el disco interno, alteró la distribución de velocidad de este material e interrumpió la formación de planetas a varias unidades astronómicas (UA) del Sol, dejando a nuestro sistema solar sin planetas en un radio de hasta 0.39 UA. Debido a que los gigantes de gas jugaron un papel tan integral en la formación de nuestro propio sistema solar, los científicos ahora están interesados en saber si procesos similares ocurren en los sistemas exoplanetarios.

Figura 1. Representación artística de Gliese 832c, una súper-Tierra, en comparación con la Tierra. (Crédito: PHL / UPR Arecibo)

Los autores del artículo de hoy están particularmente interesados ​​en cómo los gigantes gaseosos de largos períodos orbitales, concretamente los análogos de Júpiter, interrumpen la formación de planetas cerca de la estrella anfitriona. Más específicamente, los autores están interesados ​​en sistemas exoplanetarios que contienen tanto análogos de Júpiter como súper-Tierras, o planetas con masas más grandes que las de la Tierra, pero significativamente menores que las de Urano o Neptuno (ver Figura 1). En el articulo de hoy, los autores usan observaciones de velocidad radial (RV, por sus siglas en inglés) para buscar dichos sistemas.

Delimitar el efecto que tienen los análogos de Júpiter en la evolución del sistema planetario interno es difícil. Los sondeos de tránsito y velocidad radial requieren la observación de una o más órbitas completas de estos planetas, y los sondeos actuales no han existido el suficiente tiempo como para observar la órbita completa de los análogos de Júpiter en dichos sistemas exoplanetarios.

Con el fin de combatir esta falta de restricciones observacionales, los autores recopilan datos previamente publicados de RV de 65 sistemas, cada uno con al menos una super-Tierra confirmada. Estos son los sistemas donde los investigadores creen que encontrarán los análogos de Júpiter que están buscando. Aquí los autores definen una súper-Tierra como un planeta con un radio de 1-4 veces el de la Tierra, y una masa de 1-10 veces la de la Tierra. Un análogo de Júpiter tiene una masa de 0,5 a 20 veces la masa de Júpiter, y un eje semi mayor de 1 a 20 UA.

Dentro de la muestra de 65 sistemas, los autores pudieron reconocer los análogos de Júpiter analizando las tendencias a largo plazo en los datos de RV. Luego, los investigadores obtuvieron datos de imágenes de óptica adaptativa (AO, por sus siglas en inglés) para buscar acompañantes de la estrella anfitriona del sistema, ya que las estrellas compañeras podrían causar tendencias en la RV que los investigadores podrían atribuir erróneamente a los análogos de Júpiter. Luego, los autores determinan si las tendencias RV medidas muestran una correlación con las líneas de emisión de la estrella para ver si alguna de las tendencias observadas se debe a la actividad estelar. Finalmente, los investigadores estiman la incertidumbre de sus medidas por la incapacidad de identificar las ubicaciones precisas de los análogos de Júpiter.

Figura 2. La tasa de ocurrencia de análogos de Júpiter encontrada en este documento en comparación con las estimaciones de tasas publicadas en Wittenmyer et al. (2016) y Rowan et al. (2016). Este estudio encuentra una tasa de ocurrencia mucho más alta de gigantes gaseosos de período largo en sistemas que albergan súper Tierras internas de lo que cabría esperar solo por azar.

Después de realizar este análisis, los autores encontraron nueve sistemas con tendencias estadísticamente significativas que indican la presencia de un análogo de Júpiter. Encuentran que en los sistemas que alojan super-Tierras internas, la tasa de ocurrencia de los análogos de Júpiter es de 39 ± 7%, que es una tasa significativamente más alta de lo que uno esperaría ver solo por casualidad (ver Figura 2). Los autores también encuentran una tasa de incidencia de 44 ± 17% para sistemas con una estrella anfitriona de tipo M, que es el tipo más pequeño de estrellas. Esto indica que un sistema que tiene una estrella anfitriona de un tipo espectral diferente no altera la tasa de ocurrencia del análogo de Júpiter en sistemas que albergan una súper-Tierra interna. La aparente correlación entre la aparición de super-Tierras internas y análogos externos de Júpiter sugiere que los gigantes gaseosos de período largo no obstaculizan la formación de la súper-Tierra por ninguno de los procesos mencionados anteriormente. Por el contrario, parece que estas dos poblaciones de planetas parecen estar correlacionadas entre sí, y como si los gigantes gaseosos externos pudieran facilitar la formación de la súper-Tierra.

Este es un resultado intrigante, porque implica que los sistemas con gigantes gaseosos de período largo identificados en las prospecciones de RV probablemente también contengan una súper-Tierra interna, proporcionando un lugar atractivo para continuar la búsqueda de estos planetas medianos. Tenemos mucho que aprender sobre cómo se forman los sistemas exoplanetarios, pero las relaciones observacionales como la encontrada en este estudio ayudan a los investigadores a comprender qué esperar de la riqueza de los sistemas exoplanetarios que ahora sabemos que existen.