El recuento actual de exoplanetas, el número de planetas que los astrónomos han encontrado orbitando otras estrellas, se sitúa en 312. Son muchos planetas. Pero podría ayudar si supiéramos exactamente dónde buscar. Una nueva investigación que utiliza simulaciones en supercomputadoras de discos polvorientos alrededor de estrellas similares al sol muestra que los planetas casi tan pequeños como Marte pueden crear patrones en el polvo que los futuros telescopios pueden detectar. La investigación apunta a una nueva vía en la búsqueda de planetas habitables. "Puede pasar un tiempo antes de que podamos obtener imágenes directas de planetas similares a la Tierra alrededor de otras estrellas, pero, antes de eso, podremos detectar los anillos ornamentados y hermosos que tallan en el polvo interplanetario", dice Christopher Stark, investigador principal del estudio. en la Universidad de Maryland, College Park.
Trabajando con Marc Kuchner en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, Stark modeló cómo 25,000 partículas de polvo respondieron a la presencia de un solo planeta, desde la masa de Marte hasta cinco veces la Tierra, orbitando una estrella similar al sol. Utilizando la supercomputadora Thunderhead de la NASA en Goddard, los científicos realizaron 120 simulaciones diferentes que variaron el tamaño de las partículas de polvo y la masa y la distancia orbital del planeta.
“Nuestros modelos usan diez veces más partículas que las simulaciones anteriores. Esto nos permite estudiar el contraste y las formas de las estructuras de anillo ”, agrega Kuchner. A partir de estos datos, los investigadores mapearon la densidad, el brillo y la firma de calor resultante de cada conjunto de parámetros.
"No es muy apreciado que los sistemas planetarios, incluido el nuestro, contengan mucho polvo", agrega Stark. "Vamos a poner ese polvo a trabajar para nosotros".
Gran parte del polvo en nuestro sistema solar se forma hacia el interior de la órbita de Júpiter, ya que los cometas se desmoronan cerca del sol y chocan asteroides de todos los tamaños. El polvo refleja la luz del sol y a veces puede verse como un resplandor de cielo en forma de cuña, llamado luz zodiacal, antes del amanecer o después del atardecer.
Los modelos de computadora representan la respuesta del polvo a la gravedad y otras fuerzas, incluida la luz de la estrella. La luz de las estrellas ejerce una ligera resistencia sobre las partículas pequeñas que las hace perder energía orbital y acercarse a la estrella.
"Las partículas giran en espiral hacia adentro y luego quedan atrapadas temporalmente en resonancias con el planeta", explica Kuchner. Se produce una resonancia cada vez que el período orbital de una partícula es una relación de números pequeños, como dos tercios o cinco sextos, del planeta.
Por ejemplo, si una partícula de polvo hace tres órbitas alrededor de su estrella cada vez que el planeta completa una, la partícula repetidamente sentirá un tirón gravitacional adicional en el mismo punto de su órbita. Durante un tiempo, este empujón adicional puede compensar la fuerza de arrastre de la luz de las estrellas y el polvo puede asentarse en estructuras sutiles en forma de anillo.
"Las partículas caen en espiral hacia la estrella, quedan atrapadas en una resonancia, se caen, se vuelven en espiral más, quedan atrapadas en otra resonancia, y así sucesivamente", dice Kuchner. Tener en cuenta la compleja interacción de las fuerzas en decenas de miles de partículas requería la potencia matemática de una supercomputadora.
Algunos científicos señalan que la presencia de grandes cantidades de polvo podría presentar un obstáculo para obtener imágenes directas de planetas terrestres. Las futuras misiones espaciales, como el telescopio espacial James Webb de la NASA, ahora en construcción y programado para su lanzamiento en 2013, y el buscador de planetas terrestres propuesto, estudiarán las estrellas cercanas con discos polvorientos. Los modelos creados por Stark y Kuchner ofrecen a los astrónomos una vista previa de las estructuras de polvo que señalan la presencia de mundos ocultos.
"Nuestro catálogo ayudará a otros a inferir la masa y la distancia orbital de un planeta, así como los tamaños de partículas dominantes en los anillos", dice Stark.
Stark y Kuchner publicaron sus resultados en la edición del 10 de octubre de The Astrophysical Journal. Stark ha puesto a disposición en línea su atlas de simulaciones de polvo exozodiacal.
Fuente: Centro de Vuelo Espacial Goddard
