Nuevo estudio: revelando el enigma de las diferencias de densidad en subneptunos

MadridMuchas estrellas en nuestra galaxia tienen planetas a su alrededor. Los planetas más comunes se llaman sub-Neptunos, los cuales son de tamaño intermedio entre la Tierra y Neptuno. Es difícil determinar su densidad. Los científicos utilizan dos métodos para medir su masa: el método de la variación del tiempo de tránsito (TTV) y el método de la velocidad radial. Han notado que estos métodos arrojan resultados distintos para la densidad.

Investigadores del NCCR PlanetS, de la Universidad de Ginebra y de la Universidad de Berna realizaron un estudio que fue publicado en la revista Astronomy & Astrophysics.

A continuación, un resumen de sus hallazgos clave:

Las investigaciones indican que existen dos tipos de planetas sub-Neptuno: densos y menos densos. Al medir sus densidades, las Variaciones del Tiempo de Tránsito (VTT) suelen dar valores más bajos que el método de velocidad radial. Además, los sistemas medidos mediante VTT frecuentemente se encuentran en resonancia orbital.

Exoplanetas entre el tamaño de la Tierra (aproximadamente 6,400 km de radio) y Neptuno (unos 25,000 km de radio) se conocen como sub-Neptunos. El 30% a 50% de las estrellas similares a nuestro sol tienen al menos un sub-Neptuno. Para determinar su densidad, los científicos miden su masa y tamaño. Un método, conocido como TTV, rastrea cambios en el tiempo que los planetas pasan frente a su estrella debido a la atracción gravitatoria de otros planetas. Otro método, llamado velocidad radial, mide cambios en la velocidad de la estrella causados por planetas en órbita.

Un equipo de científicos de NCCR PlanetS, UNIGE y UNIBE abordó este problema y descubrió que la diferencia se debe a razones físicas, no a sesgos. En su estudio, encontraron que los sistemas medidos con el método TTV a menudo tienen planetas en resonancia, lo que significa que la proporción de sus períodos orbitales es una fracción simple. Por ejemplo, un planeta puede orbitar la estrella dos veces mientras que otro lo hace una vez. Varios planetas en resonancia pueden formar un patrón denominado resonancias de Laplace.

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Adrien Leleu, coautor del estudio, sugirió que podría existir una relación entre la densidad de un planeta y sus patrones orbitales. Para confirmar esto, los científicos debían evitar sesgos en sus datos. Los planetas más grandes y ligeros tardan más en ser detectados usando métodos de velocidad radial. Este retraso podría hacer que estos planetas se pasen por alto y, por lo tanto, no sean analizados debido a que su masa es desconocida. Esto podría distorsionar la investigación, mostrando una preferencia por la detección de planetas de mayor masa y más densos con técnicas de velocidad radial.

Después de limpiar los datos, los científicos realizaron pruebas estadísticas. Descubrieron que los sub-Neptunos en sistemas con resonancias orbitales son menos densos que aquellos en sistemas sin esas resonancias, independientemente de cómo se mida su masa.

El estudio sugiere varias razones para esta conexión. Una idea principal es cómo se forman los sistemas planetarios. Inicialmente, todos los sistemas podrían formarse con las órbitas de los planetas conectadas entre sí. Sin embargo, solo el 5% de estos sistemas permanece estable con el tiempo. El resto se vuelve inestable, provocando colisiones entre planetas. Estas colisiones causan que los planetas se fusionen y se vuelvan más densos. Después de fusionarse, los planetas adoptan nuevas órbitas no conectadas.

Yann Alibert de UNIBE explicó que los modelos informáticos sobre la formación y evolución de los planetas muestran que los planetas en resonancia tienden a ser menos densos. El estudio también revela que la mayoría de los sistemas planetarios han experimentado grandes colisiones, similares a la que formó nuestra Luna, pero a menudo aún más intensas.

La investigación revela por qué los sub-Neptunos tienen densidades distintas. Esta nueva información mejora nuestra comprensión sobre la formación y evolución de los sistemas planetarios.