¿Por qué hay sistemas de exoplanetas que tienen órbitas muy compactas? Un nuevo estudio plantea un enfoque diferente. Generalmente, la formación de estrellas y planetas se ha considerado como algo separado. Es decir, dos procesos que llegan en secuencia, pero podría no ser así…
Entendiendo la existencia de sistemas con órbitas compactas
Los investigadores han creado un modelo con un escenario diferente, en el que los planetas comienzan a desarrollarse más pronto, durante la fase final de la formación de la estrella. Algo que resulta interesante porque, generalmente, se supone que esa etapa comienza tras la formación de la estrella. Dentro de los miles de exoplanetas conocidos hay una gran población de sistemas con órbitas compactas. Tienen varios planetas en órbitas muy cercanas a su estrella central. Algo que contrasta con lo que vemos en el Sistema Solar.
Lo más interesante es que, en sistemas compactos, la masa total de los planetas en cada sistema, en relación a la masa de la estrella central, es muy consistente. Esto se ha observado en cientos de sistemas y su causa sigue siendo un misterio. Por ello, los investigadores han intentado responderlo, con el uso de simulaciones avanzadas que muestran que los planetas supervivientes (que se formaron en las primeras etapas) muestran con diferentes características de los sistemas compactos. Entre ellas, el tener órbitas compactas y un ratio de masas común.
El crecimiento de esos primeros planetas también encaja con las observaciones previas de discos alrededor de estrellas jóvenes, que se realizaron con el radiotelescopio ALMA. Los sistemas compactos, explican los investigadores, son uno de los grandes misterios de la ciencia de exoplanetas. Estos sistemas de órbitas compactas destacan por contener varios planetas rocosos de un tamaño similar, y un ratio de masas común que es muy diferente a los planetas de nuestro sistema. Hay otras similitudes con nuestro sistema.
Los parecidos con el Sistema Solar
También destaca, añaden, que ese ratio de masas común que se observa en los sistemas con órbitas compactas es parecido al que se ve en los sistemas de satélites de los gigantes gaseosos de nuestro sistema. Estos satélites se cree que se desarrollaron cuando los gigantes gaseosos terminaron su formación. Podría ser una pista importante que apunta a que los sistemas compactos podrían estar regidos por un mecanismo similar. Las estrellas se forman cuando una nube molecular de gas y polvo colapsa bajo los efectos de su propia gravedad.
A medida que el material de la nube cae hacia la estrella en el centro, primero se deposita en un disco circunestelar que orbita alrededor del astro. Una vez termina esa precipitación de material, el disco perdura durante unos cuantos millones de años antes de que el gas se disperse. Los planetas se forman en ese disco, comenzando con colisiones y acumulando material entre los granos de polvo. El resultado final es la formación, por acción de la gravedad, de los planetas. Hasta ahora, se había supuesto que la formación de planetas comenzaba tras el final de la precipitación de material.
Sin embargo, las observaciones recientes de ALMA aportan pistas muy robustas de que la formación de planetas podría comenzar antes. Por ello, proponen que los sistemas compactos son los restos supervivientes de la acreción de planetas que tuvo lugar durante las últimas fases de precipitación de material. Las nuevas simulaciones muestran que, durante la precipitación, los planetas experimentan diferentes cambios.
Las particularidades de los sistemas con órbitas compactas
A medida que acumulan material rocoso, sus órbitas se van estrechando por las interacciones con el disco de gas a su alrededor. A medida que el planeta gana masa, su migración hacia una órbita más pequeña acelera, de manera que los planetas por encima de una masa crítica caen a la estrella y son consumidos. Este equilibrio entre crecimiento de planetas y su pérdida produce objetos con tamaños y masas similares. Algo que queda determinado por la precipitación de material y las condiciones en el disco circunestelar.
Por ello, los investigadores explican que los planetas que acumulan material durante la precipitación de material pueden sobrevivir hasta que el disco de gas se dispersa y termina la migración orbital. Lo más importante, además, es que en una gran variedad de condiciones, la masa de los sistemas supervivientes es proporcional a la masa de la estrella central. Proporciona la primera explicación para los ratios similares de masa en los sistemas con planetas en órbitas compactas. El proceso es parecido a la forma en que plantea la formación de satélites alrededor de planetas como Júpiter.
Los satélites crecen en un disco alrededor del planeta, que se ve alimentado por la caída de gas y polvo del disco circunestelar. Una diferencia importante es el momento. Los discos de formación de satélites se dispersan muy rápidamente al terminar la precipitación, mientras que los de formación de planetas pueden durar millones de años. Esto hace que el ratio de masa sea algo más bajo en los sistemas con órbitas compactas que en los sistemas de los gigantes gaseosos. Pero, en cualquier caso, es un paso más para entender cómo nacen estos sistemas.
Estudio
El estudio es R. Rufu y R. Canup; «Origin of compact exoplanetary systems during disk infall». Publicado en la revista Nature Communications, el 25 de mayo de 2025. Puede consultarse en este enlace.
Referencias: Phys
