¿Los planetas se forman de adentro hacia afuera?

Título: An Overview of Inside-Out Planet Formation
Autores: Jonathan C. Tan, Sourav Chatterjee, Xiao Hu, Zhaohuan Zhu, Subhanjoy Mohanty
Institución del primer autor: Depts. of Astronomy & Physics, University of Florida, Gainesville, FL 32611, USA
Estatus: Será presentado en el XXIX IAU GA Focus Meeting 1
Astrobite original: Do Planets form inside-out?

¿Quién es Kepler?

Si hace veinte años le hubieras preguntado a un astrónomo lo que significa Kepler, su reacción probablemente sería: “¡Qué! ¿Nunca has escuchado de Johannes Kepler?” Hoy en día, es más probable que la reacción sea: “¡Qué! ¿Nunca has escuchado de La Misión Kepler?”

¡La misión Kepler ha tomado tanta importancia que hasta compite con la reputación del fundador de las leyes de movimiento planetario! Este astrobito tiene que ver con ambos Keplers: tanto el movimiento planetario como los descubrimientos del satélite Kepler. La data de Kepler (el satélite) indica que los planetas que tienen radios en el rango de 1 a 10 radios terrestres y periodos orbitales de menos de 100 días son comunes en la Vía Láctea. (Para un buen estimado, por favor, ve esta charla por Eugene Chiang del minuto 9:30 al minuto 12.) Existen diferentes nombres para identificar planetas que se encuentran en este rango de tamaños, tales como super-Tierras, mini-Neptunos y enanos gaseosos–antónimo de gigantes gaseosos. El término enanos gaseosos es preferible, porque implica la diferencia principal entre ambos: los enanos gaseosos tienen pequeñas atmósferas de gas, mientras que los gigantes gaseosos tienen grandes atmósferas de gas. Los modelos clásicos de formación planetaria  fueron diseñados para explicar un sistema en particular, el sistema solar. Sin embargo, nuestro sistema solar parece ser un poco inusual carece de un enano gaseoso y nuestro planeta más cercano al interior, Mercurio, que tiene un periodo similar al de un enano gaseoso (88 días) es considerablemente menos masivo que un enano gaseoso. Dicho esto, existen dos escenarios principales para explicar los sistemas exoplanetarios observados: 1) la formación de planetas en órbitas grandes y migración a órbitas más pequeñas a través de su evolución, y 2) la formación de planetas a pequeñas distancias, también conocido como formación in situ.

Figura 1: Ilustración de las diferentes fases de la formación de planeta de adentro hacia afuera. (i) El gas reduce la velocidad de los ‘pebbles’ o piedras.  (ii) Las piedras se encuentran atrapadas en el golpe de presión. (iii) Las piedras forman un planeta que esclarece su órbita, es decir, empuja todo material ajeno fuera de su paso. (iv) Los nuevos ‘pebbles’ o piedras  se desplazan hasta que son detenidos por la luz de la estrella y forman otro planeta. Figura 1 de Tan et al.

Breve introducción de formación planetaria de adentro hacia afuera

Los autores del artículo de hoy favorecen el segundo escenario y extienden la idea prediciendo que los planetas se forman de adentro hacia afuera. Para entender mejor esta idea es importante saber que los planetas se forman en discos de gas que rodean la estrella, discos protoplanetarios, como se observa en la Figura 1. Estos discos se forman como consecuencia de un flujo de gas hacia dentro de la jóven estrella y la conservación de momento angular. Primero, el gas en el disco se moverá radialmente hacia dentro de la estrella. (Debido a que esta región debe estar libre de turbulencias, los astrónomos se refieren a ella como la zona muerta). Cuanto más se acerca el gas a la estrella, más altas son las temperaturas. Como consecuencia, al estar lo suficientemente cerca de la estrella, el gas se calienta y se ioniza. Si tomaste algún curso de electrodinámica, debes saber que las cargas en movimiento inducen un campo magnético. Los autores proponen que un campo magnético tal puede llevar a una inestabilidad, conocida como inestabilidad magneto-rotacional (MRI, por sus siglas en inglés), que puede causar un aumento local en la presión – un golpe de presión. Bueno, ahora el factor decisivo. El disco no consiste sólo de gas, sino también los granos de polvo, conocidos como ‘pebbles’ o piedras. ¿Qué hacen estas piedras? El gas reduce la velocidad de estas piedras (similar a una resistencia aerodinámica), pero una vez que las piedras lleguen a la órbita de la presión ideal, dejan de moverse. Dichas piedras se acumulan aquí y finalmente forman un planeta que también barre el gas disponible en esta órbita.

¡Hasta el momento, todo bien! Tenemos un planeta, posiblemente un enano gaseoso, pero ¿cómo pueden llegar a formarse otros planetas? La órbita de un planeta es generalmente vacía, debido a la acreción de gas del planeta y el polvo que lo rodea. Se podría asumir que el material cae en esta región vacía creada por el nuevo planeta; sin embargo, éste no es el caso. Menos luz es absorbida en el hueco o brecha inducida por el planeta, esto permite que la luz de la estrella empuje el gas y polvo hacia atrás. Nuevas piedras se acumulan en la distancia , donde la luz de la estrella les impide caer en dicha brecha . De esta manera se puede formar otro planeta fuera de la órbita del planeta interno; a través de la acumulación de polvo y el desplazamiento de gas. Como este planeta causa otro hueco, otro planeta puede formar más lejos y, en general , varios planetas pueden formarse en esta secuencia , siempre y cuando exista suficiente gas y piedras.

Aún no llegamos a la respuesta definitiva

En resumen, los planetas se forman en una secuencia – el primer planeta  se forma cerca de la estrella y los próximos planetas se forman más lejos que el anterior. De ahí el nombre: la formación de planetas de adentro-afuera. Ahora puede que pienses: “¡Wow! ? ¿Eso significa que el enigma de la formación de planetas ha sido resuelto y los investigadores que trabajan en la formación de planetas deben buscar otros trabajos?” La respuesta corta es:”No”. Claramente, la idea general de los autores es muy agradable y atractiva, pero el modelo también se basa en una versión simplificada del disco protoplanetario. Es decir, aún falta por clarificar:

• si las fuerzas magnéticas realmente pueden inducir estos golpes de presión
• si los granos de polvo pueden crecer al tamaño del planeta, y cómo
• si la luz de la estrella es realmente lo suficientemente eficaz para evitar que el material caiga en los huecos.

De hecho, el primer punto no se requiere necesariamente, ya que otros procesos físicos también son capaces de inducir un golpe de presión. En fin, el modelo de ‘adentro hacia afuera’ de los autores es una buena alternativa a los escenarios de formación de planetas clásicos, asumiendo que existe migración. Será emocionante ver  el progreso de diferentes modelos e identificar qué modelo requiere menos ajustes.