Las súper-Tierras dan a los teóricos un súper dolor de cabeza

Exoplaneta © by Goosefinder

Artículo publicado por Eric Hand el 13 de diciembre de 2011 en Nature News

Una abundancia de mundos de tamaño medio desafía a los modelos de formación planetaria.

Ahora no sorprende que el Telescopio Espacial Kepler de la NASA esté revelando planetas extrasolares a montones. La semana pasada, en la primera conferencia científica de Kepler en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Moffett Field, California, los científicos de la misión anunciaron que el telescopio espacial había identificado 2326 planetas candidatos, casi duplicando su botín desde febrero.

Pero lo que hasta el momento ha desconcertado a observadores y teóricos es la alta proporción de planetas – aproximadamente de un tercio a la mitad – que son mayores que la Tierra pero menores de Neptuno. Estas ‘súper-Tierras’ están emergiendo como una nueva categoría planetaria – y podrían ser la más numerosa. Su propia existencia es un problema para los modelos convencionales de formación planetaria y, además, la mayor parte están en órbitas muy cercanas a su estrella madre, precisamente donde los modeladores dicen que no deberían estar.

“Suponen un reto”, dice Douglas Lun, modelador de formación planetaria y director del Instituto Kavli para Astronomía y Astrofísica en la Universidad Peking en Pekín, China. “No puedes simplemente jugar con los parámetros. Tienes que pensar en la física”.

Guiados por el ejemplo de nuestro Sistema Solar, con sus distintos conjuntos de mundos grandes y pequeños, los primeros modelos de formación planetaria se basaron en la idea de ‘acreción del núcleo’. El polvo que gira alrededor de una estrella en un disco protoplanetario puede agregarse en pequeños planetesimales de roca y hielo, los cuales colisionan y terminan pegados. La parte interior del disco contiene muy poco material como para que estos núcleos crezcan mucho más que la Tierra. Pero posteriormente pueden lograr hasta diez o más veces la masa de la Tierra, suficiente para atraer un vasto volumen de gas y convertirse en algo similar a Júpiter.

La detección, que empezó en 1995, de planetas del tamaño de Júpiter con órbitas de apenas unos pocos días terrestres, contradecía estos modelos. Los teóricos revisaron sus modelos para permitir que estos “Júpiter calientes” se formasen lejos de su estrella y migrasen hacia dentro. Aunque estos modelos predecían que cualquier planeta que alcanzase el tamaño de súper-Tierra debería convertirse en un gigante gaseoso o ser tragado por su estrella, creando un ‘desierto planetario’ en este rango de tamaños. Los descubrimientos de Kepler destrozaron esas predicciones. “Es una lluvia tropical, no un desierto”, dice Andrew Howard, astrónomo en la Universidad de California en Berkeley. “Esperamos que la teoría se ponga al día”.

Kepler mide el tamaño de un planeta detectando cuánta luz bloquea cuando pasa frente a su estrella. Para un puñado de súper-Tierras detectadas por Kepler, las observaciones desde tierra han determinado también su masa, siguiendo el bamboleo de la estrella madre inducido por la gravedad del planeta. Y algunas de estas súper-Tierras parecen tener densidades muy bajas – lo que indica que pueden tener pequeños núcleos rocosos rodeados por grandes envolturas de gas.

El astrónomo de Kepler Jack Lissauer, de Ames, cree que pueden haber empezado como pequeños núcleos en las partes exteriores del sistema solar, acretando una gran cantidad de gas sin alcanzar el punto de crecimiento desbocado que lleva a un verdadero gigante gaseoso. Sin el tirón gravitatorio de un gigante que mantenga el gas, tal planeta tendría una gran atmósfera de baja densidad, pero podría aún crecer hasta el tamaño de súper-Tierra mediante un proceso de enfriamiento que hace menguar la atmósfera y permite que se atraiga más gas, comenta.

Pero este escenario no puede explicar las más pequeñas y densas súper-Tierras. Ya se han detectado varios de tales planetas, y Kepler está empezando a alcanzar la sensibilidad necesaria para observarlos, dice Greg Laughlin, astrónomo de la Universidad de California en Santa Cruz. “Kepler apenas está viendo la punta del iceberg”.

Ninguna teoría actual puede explicar cómo pueden estar las súper-Tierras tan cerca de sus estrellas. Lissauer dice que el problema está en la parte de migración de los modelos. Pero Norm Murray, astrofísico de la Universidad de Toronto, está explorando otras formas de formar súper-Tierras. En lugar de ensamblarlas y migrarlas hacia la estrella, el modelo de Murray primera migra los planetesimales rocosos y luego les permite su acreción. “Migración y luego ensamblado es el eslogan”, dice.

En cualquier caso, Laughlin dice que los modeladores probablemente encontrarán una forma de explicar las actuales observaciones. “Trabajarán para arreglar los modelos”, dice. Pero probablemente no es la última vez que tengamos que revisitar los códigos, añade. “Mi predicción es que pasarán totalmente por alto el siguiente tema importante, sea lo que sea que nos espere”.

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Artículo de referencia: Nature 480, 302 (15 December 2011) doi:10.1038/480302a.

Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en Nature, su autor es Eric Hand.