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Más allá de los exoplanetas: Clasificando sistemas extrasolares

Datos del artículo científico del que hablaremos en este astrobito:

  • Título:  Architecture classification of extrasolar systems
  • Autoría: Alex R. Howe, Juliette C. Becker, Christopher C. Stark, Fred C. Adams
  • Institución de la primer autor: The Catholic University of America, Washington DC, Estados Unidos
  • Estado: Acceso abierto en arXiv y bajo revisión para publicación en The Astronomical Journal

Sistemas extrasolares en el universo

Es surrealista pensar que han pasado 30 años desde la primera detección de un exoplaneta alrededor de una estrella similar a nuestro Sol. En ese momento, pensábamos que los únicos planetas en el universo eran esos que conforman nuestro propio sistema solar: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Neptuno y Urano (y sí, todavía podemos incluir a Plutón si queremos). Pero hoy sabemos que no es así. A la fecha, se han confirmado casi 6,000 exoplanetas, ¡con miles más esperando ser verificados!

En los años posteriores a ese primer descubrimiento, hemos logrado grandes avances en la clasificación de exoplanetas. Términos como «Júpiter caliente«, «super-Tierra» y «sub-Neptuno» son ahora comunes en el mundo de la astronomía. Sin embargo, se ha prestado menos atención a clasificar los sistemas planetarios en sí mismos, es decir, donde residen estos exoplanetas. El artículo que exploramos hoy aborda esta brecha, ofreciendo un nuevo marco para clasificar los sistemas planetarios basado en un exhaustivo estudio de la población actual de exoplanetas. En el astrobito de hoy profundizamos en este nuevo enfoque y exploramos cómo se compara (o contrasta) nuestro sistema solar con estos lejanos sistemas extrasolares.

Entendiendo la población de exoplanetas

Para clasificar los sistemas planetarios, primero necesitamos comprender el alcance completo de los exoplanetas que hemos descubierto. Por definición, un sistema planetario consiste en una estrella y al menos dos planetas (u otros cuerpos celestes) que la orbitan. Entonces, antes de sumergirnos en cómo se estructuran estos sistemas, el equipo de investigación detrás de este estudio se propuso responder algunas preguntas clave: ¿Cuántos exoplanetas existen? ¿Cómo fueron detectados? ¿Cuál es su tamaño y que tan largas son sus órbitas? Y lo más importante, ¿cómo están dispuestos en sus respectivos sistemas?

A partir de su análisis, el equipo de investigación encontró algunos datos bastante interesantes:

  • Un total de 5,686 exoplanetas fueron incluidos en el estudio.
  • La mayoría de estos (75%) fueron detectados mediante el método de tránsito, mientras que el 19% se encontraron mediante velocidad radial, y el 6% restante fue detectado con otros métodos.
  • Estos exoplanetas varían enormemente en tamaño, desde planetas más pequeños que Mercurio hasta gigantes super-Júpiter.
  • Sus períodos orbitales son igualmente diversos, desde planetas con períodos increíblemente cortos de solo 4.3 horas hasta otros que tardan más de 1.26 millones de años en completar una órbita.
  • De los 1,000 sistemas con múltiples planetas observados, más de 300 contienen tres o más exoplanetas.

Este análisis preliminar resalta la diversidad que caracteriza a la población actual de exoplanetas. Mientras que algunos de estos planetas son similares a los de nuestro sistema solar, la mayoría de ellos son muy diferentes de lo que conocemos. Sin embargo, a pesar de esta diversidad, la pregunta sigue siendo: ¿qué tan similares son los sistemas planetarios donde residen los exoplanetas a nuestro propio sistema solar?

Un nuevo marco para clasificar sistemas extrasolares

Aunque es fácil imaginar que los sistemas extrasolares en todo el universo son tremendamente diversos, esta investigación revela que, de hecho, existe una sorprendente cantidad de orden en la manera en que los exoplanetas están organizados en sus respectivos sistemas.

En el corazón de este nuevo sistema de clasificación se encuentran dos conceptos principales: dónde se encuentran los planetas en sus sistemas y cómo se alinean de manera ordenada sus órbitas y tamaños. El marco divide los sistemas planetarios en dos categorías principales: sistemas interiores, donde los planetas están cerca de su estrella, y sistemas exteriores, donde los planetas están más lejos. Un espacio entre planetas —si es lo suficientemente grande— marca el límite entre estas regiones. Si no hay un espacio claro, un sistema sigue considerándose exterior si el primer planeta en el sistema es un planeta masivo tipo Júpiter.

Entonces, ¿cómo se ven realmente estos sistemas? Bueno, la mayoría de los sistemas planetarios considerados en este estudio caen en la primera categoría: sistemas interiores, pero se pueden dividir en dos subcategorías. La primera es lo que la comunidad astronómica llama sistemas «guisantes en una vaina» (o peas in a pod en inglés), donde planetas más pequeños (a menudo similares a la Tierra o Neptuno) están empacados juntos en órbitas regulares como las de nuestro sistema solar. Estos sistemas son ordenados y organizados, con planetas distribuidos de maneras que se sienten casi predecibles. La segunda subcategoría son los sistemas de Júpiter calientes, que presentan un gran planeta similar a Júpiter cerca de su estrella, a menudo acompañado de planetas más pequeños cercanos. Estos sistemas tienden a ser más variados, con planetas de diferentes tamaños y patrones orbitales.

Clasificación de sistemas planetarios basada en la población actual de exoplanetas confirmados

Curiosamente, hay un tercer tipo de sistema, más raro, que tiene planetas con órbitas más caóticas: estos son llamados sistemas irregulares o con brechas, donde los planetas están más dispersos y no siguen un patrón consistente en sus distancias ni períodos orbitales. El nuevo marco también clasifica estos sistemas irregulares, localizando dónde se encuentran las mayores brechas entre planetas, ofreciendo una comprensión más profunda de cómo evolucionan los sistemas planetarios.

Uno de los aspectos más interesantes de esta nueva clasificación es cómo muestra las similitudes entre muchos sistemas planetarios. A pesar de la vasta diversidad de tipos de exoplanetas, que van desde pequeños mundos rocosos hasta gigantes gaseosos, muchos sistemas planetarios comparten patrones similares en cómo están dispuestos sus planetas. Y aunque siempre hemos pensado que nuestro sistema solar es único, esta investigación sugiere que muchos sistemas extrasolares pueden tener una estructura más familiar de lo que pensábamos.

El futuro de la clasificación de exoplanetas

Este nuevo marco de clasificación de sistemas planetarios es un primer paso importante, pero no es la palabra final. A medida que nuestra capacidad para detectar y estudiar exoplanetas mejora, podemos esperar que esta clasificación evolucione. Por ejemplo, los límites entre los planetas interiores y exteriores podrían cambiar a medida que descubrimos más planetas con órbitas más largas, ampliando el rango de sistemas que podemos estudiar. Nuevas misiones como el Telescopio Espacial Roman podrían ayudarnos a llenar los vacíos en nuestra comprensión, revelando nuevos tipos de sistemas planetarios que aún no hemos podido detectar.

El telescopio espacial Nancy Grace Roman revolucionará la manera en la que estudiamos los exoplanetas al observarlos directamente. Imagen tomada de: https://science.nasa.gov/mission/roman-space-telescope/

También existe la posibilidad de añadir más categorías al sistema de clasificación a medida que descubrimos nuevos tipos de exoplanetas, como planetas troyanos (que comparten una órbita con otro planeta) o exolunas (lunas que orbitan planetas en otros sistemas). A medida que se realicen estos descubrimientos, es posible que necesitemos actualizar nuestro marco para incluir estas características adicionales.

Uno de los puntos clave que plantea esta clasificación es cómo encaja nuestro propio sistema solar en el panorama más amplio. Cuando consideramos los cuatro planetas más fácilmente detectados con los métodos actuales—Venus, Tierra, Júpiter y Saturno—nuestro sistema solar parece tener una clara división entre los planetas interiores y exteriores. Sin embargo, con solo estos planetas, es difícil clasificarlo de manera definitiva. Pero cuando incluimos los ocho planetas, nuestro sistema solar encaja en la clasificación de «guisantes en una vaina», como la mayoría de los sistemas extrasolares considerados (~80%). Nuestro sistema tiene algunas irregularidades, como el tamaño menos uniforme y los períodos orbitales más largos de sus planetas interiores, que podrían parecer inusuales debido a sesgos en la detección. Exoplanetas como Urano y Neptuno en nuestro sistema solar, aunque aún no se detectan comúnmente, podrían resultar ser más comunes con mejores herramientas de detección. Pero, en general, este estudio sugiere que nuestro sistema solar no es tan inusual como pensábamos, a pesar de ser único en algunos aspectos.

Nuestro sistema solar encaja en la categoría de “guisantes en una vaina”, donde hay una clara diferencia entre los planetas internos y externos, y los planetas están más o menos regularmente espaciados. Imagen adaptada de: https://www.nasa.gov/stem-content/scale-of-the-solar-system/

El verdadero desafío hacia el futuro será entender por qué los sistemas planetarios se forman de la manera en que lo hacen. ¿Por qué algunos sistemas tienen planetas distribuidos de manera uniforme como «guisantes en una vaina», mientras que otros tienen configuraciones más caóticas? ¿Y qué falta por descubrir en los sistemas que hemos observado hasta ahora? Esto abre la puerta a emocionantes investigaciones futuras que podrían revelar conocimientos más profundos sobre la formación planetaria, desde por qué las super-Tierras son tan comunes hasta qué moldea las órbitas de gigantes gaseosos como Júpiter.

Finalmente, este nuevo sistema de clasificación tiene implicaciones importantes para la búsqueda de planetas habitables. La mayoría de los sistemas planetarios que hemos estudiado tienen planetas que orbitan demasiado cerca de sus estrellas como para estar dentro de la zona habitable, el lugar donde el agua líquida puede existir en la superficie de un planeta. Sin embargo, los sistemas alrededor de estrellas más pequeñas, como las enanas M, podrían colocar planetas dentro de sus zonas habitables más fácilmente. Aun así, tendremos que considerar desafíos como la radiación de estas estrellas, lo que podría afectar la capacidad de un planeta para albergar vida tal como la conocemos.

El Archivo de Exoplanetas de la NASA

Para aquellos interesados en explorar más a fondo estos hallazgos, los datos que impulsaron esta investigación están disponibles de forma gratuita para el público. El Archivo de Exoplanetas de la NASA (un tesoro de datos sobre exoplanetas) es un recurso invaluable para cualquier persona curiosa sobre los miles de exoplanetas que hemos descubierto. Con solo unos clics, puedes sumergirte en los datos, explorar los últimos descubrimientos e incluso realizar tu propio análisis. Este marco es solo el comienzo de una conversación mucho más grande sobre la naturaleza de los sistemas planetarios, y las herramientas para explorarlo están a solo un clic de distancia!

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