Según las estimaciones actuales, podría haber hasta 100 mil millones de planetas solo en la Vía Láctea. Desafortunadamente, encontrar evidencia de estos planetas es un trabajo duro y lento. En su mayor parte, los astrónomos se ven obligados a confiar en métodos indirectos que miden las caídas en el brillo de una estrella (el Método de tránsito) de las mediciones Doppler del propio movimiento de la estrella (el Método de velocidad radial).
La imagen directa es muy difícil debido al efecto de cancelación que tienen las estrellas, donde su brillo dificulta la localización de los planetas que las orbitan. Afortunadamente, un nuevo estudio dirigido por el Infrared Processing and Analysis Center (IPAC) en Caltech ha determinado que puede haber un atajo para encontrar exoplanetas usando imágenes directas. Afirman que la solución es buscar sistemas con un disco de escombros circunestelar, ya que seguramente tendrán al menos un planeta gigante.
El estudio, titulado "Una encuesta de imágenes directas de discos de desechos detectados por Spitzer: aparición de planetas gigantes en sistemas polvorientos", apareció recientemente en El diario astronómico. Tiffany Meshkat, científica asistente de investigación en IPAC / Caltech, fue la autora principal del estudio, que realizó mientras trabajaba en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA como investigadora postdoctoral.
En aras de este estudio, la Dra. Meshkat y sus colegas examinaron datos de 130 sistemas diferentes de una sola estrella con discos de desechos, que luego compararon con 277 estrellas que no parecen albergar discos. Todas estas estrellas fueron observadas por el telescopio espacial Spitzer de la NASA y todas eran relativamente jóvenes (menos de mil millones de años). De estos 130 sistemas, 100 habían sido estudiados previamente para encontrar exoplanetas.
La Dra. Meshkat y su equipo luego siguieron los 30 sistemas restantes utilizando datos del W.M. Keck Observatory en Hawai y el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo del Sur (ESO) en Chile. Si bien no detectaron ningún planeta nuevo en estos sistemas, sus exámenes ayudaron a caracterizar la abundancia de planetas en sistemas que tenían discos.
Lo que encontraron fue que las estrellas jóvenes con discos de escombros también tienen más probabilidades de tener exoplanetas gigantes con órbitas anchas que las que no. También es probable que estos planetas tengan cinco veces la masa de Júpiter, lo que los convierte en "Super-Júpiter". Como explicó el Dr. Meshkat en un reciente comunicado de prensa de la NASA, este estudio será de ayuda cuando llegue el momento de que los cazadores de exoplanetas seleccionen sus objetivos:
“Nuestra investigación es importante sobre cómo las futuras misiones planificarán qué estrellas observar. Muchos planetas que se han encontrado a través de imágenes directas han estado en sistemas que tenían discos de escombros, y ahora sabemos que el polvo podría ser un indicador de mundos sin descubrir ".
Este estudio, que fue el examen más grande de estrellas con discos de escombros polvorientos, también proporcionó la mejor evidencia hasta la fecha de que los planetas gigantes son responsables de mantener los discos de escombros bajo control. Si bien la investigación no resolvió directamente por qué la presencia de un planeta gigante causaría la formación de discos de escombros, los autores indican que sus resultados son consistentes con las predicciones de que los discos de escombros son productos de planetas gigantes que se agitan y provocan colisiones de polvo.
En otras palabras, creen que la gravedad de un planeta gigante provocaría que colisionen los planestimales, evitando así que formen planetas adicionales. Como el coautor del estudio, Dimitri Mawet, quien también es científico investigador senior del JPL, explicó:
"Es posible que no encontremos planetas pequeños en estos sistemas porque, al principio, estos cuerpos masivos destruyeron los bloques de construcción de planetas rocosos, enviándolos chocando entre sí a altas velocidades en lugar de combinar suavemente ".
Dentro del Sistema Solar, los planetas gigantes crean tipos de escombros. Por ejemplo, entre Marte y Júpiter, tienes el cinturón de asteroides principal, mientras que más allá de Neptuno se encuentra el cinturón de Kuiper. Muchos de los sistemas examinados en este estudio también tienen dos cinturones, aunque son significativamente más jóvenes que los propios cinturones del Sistema Solar: aproximadamente mil millones de años en comparación con los 4.5 mil millones de años.
Uno de los sistemas examinados en el estudio fue Beta Pictoris, un sistema que tiene un disco de desechos, cometas y un exoplaneta confirmado. Este planeta, designado Beta Pictoris b, que tiene 7 masas de Júpiter y orbita la estrella a una distancia de 9 UA, es decir, nueve veces la distancia entre la Tierra y el Sol. Este sistema ha sido fotografiado directamente por astrónomos en el pasado utilizando telescopios terrestres.
Curiosamente, los astrónomos predijeron la existencia de este exoplaneta mucho antes de que se confirmara, basándose en la presencia y estructura del disco de escombros del sistema. Otro sistema que se estudió fue el HR8799, un sistema con un disco de desechos que tiene dos cinturones de polvo prominentes. En este tipo de sistemas, la presencia de más planetas gigantes se infiere en función de la necesidad de mantener estos cinturones de polvo.
Se cree que este es el caso de nuestro propio Sistema Solar, donde hace 4 mil millones de años, los planetas gigantes desviaron a los cometas que pasaban hacia el Sol. Esto resultó en el bombardeo pesado tardío, donde los planetas internos estuvieron sujetos a innumerables impactos que todavía son visibles hoy. Los científicos también creen que fue durante este período que las migraciones de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno desviaron el polvo y los cuerpos pequeños para formar el Cinturón de Kuiper y el Cinturón de asteroides.
La Dra. Meshkat y su equipo también notaron que los sistemas que examinaron contenían mucho más polvo que nuestro Sistema Solar, lo que podría atribuirse a sus diferencias de edad. En el caso de sistemas que tienen alrededor de mil millones de años, la mayor presencia de polvo podría ser el resultado de cuerpos pequeños que aún no han formado cuerpos más grandes que chocan. A partir de esto, se puede inferir que nuestro Sistema Solar también fue mucho más polvoriento.
Sin embargo, los autores señalan que también es posible que los sistemas que observaron, que tienen un planeta gigante y un disco de escombros, puedan contener más planetas que simplemente aún no se han descubierto. Al final, admiten que se necesitan más datos antes de que estos resultados puedan considerarse concluyentes. Pero mientras tanto, este estudio podría servir como guía sobre dónde se pueden encontrar los exoplanetas.
Como dijo Karl Stapelfeldt, científico jefe de la Oficina del Programa de Exploración de Exoplanetas de la NASA y coautor del estudio:
"Al mostrar a los astrónomos dónde futuras misiones, como el telescopio espacial James Webb de la NASA, tienen su mejor oportunidad de encontrar exoplanetas gigantes, esta investigación allana el camino para futuros descubrimientos".
Además, este estudio podría ayudar a informar nuestra propia comprensión de cómo evolucionó el Sistema Solar a lo largo de miles de millones de años. Durante algún tiempo, los astrónomos han estado debatiendo si planetas como Júpiter migraron o no a sus posiciones actuales, y cómo esto afectó la evolución del Sistema Solar. Y sigue habiendo debate sobre cómo se formó el cinturón principal (es decir, vacío o lleno).
Por último, pero no menos importante, podría informar futuras encuestas, permitiendo a los astrónomos saber qué sistemas estelares se están desarrollando de la misma manera que los nuestros, hace miles de millones de años. Dondequiera que los sistemas estelares tengan discos de escombros, infieren la presencia de un gigante gaseoso particularmente masivo. Y donde tienen un disco con dos cinturones de polvo prominentes, pueden inferir que también se convertirá en un sistema que contiene muchos planetas y dos cinturones.
