Visualización de múltiples estrellas con sistemas de exoplanetas. Crédito: ESA/C. Carreau
La previsión es uno de los sellos distintivos del esfuerzo científico. Los científicos se enorgullecen de poder predecir la realidad física a partir de los datos de entrada. Por lo tanto, no debería sorprender que un equipo de científicos de Notre Dame haya desarrollado una teoría que puede usarse para predecir la existencia de planetas gigantes en las afueras de un sistema de exoplanetas.
Teoría, desarrollada por Matthias He y Lauren Weiss y publicada en el sitio arXiv El servidor de preimpresión se basa en la síntesis de dos conjuntos de datos que, aunque se producen buscando las mismas cosas, las abordan de formas muy diferentes. Los cazadores de exoplanetas utilizan dos tipos básicos de metodologías de búsqueda de planetas: tránsitos y mediciones de velocidad radial.
Los tránsitos calculan el oscurecimiento de una estrella cuando un planeta pasa frente a ella. Los telescopios de tránsito como Kepler son particularmente buenos para encontrar planetas que se mueven rápidamente en la parte “interna” de un sistema de exoplanetas, generalmente porque estos planetas se mueven rápido frente a su estrella y pueden verse moviéndose frente a su estrella anfitriona varias veces en ventana de observación Sin embargo, no son tan buenos para capturar planetas de período largo que pueden existir más allá de 1 UA: las contrapartes de exoplanetas de Júpiter, Saturno y el resto del sistema solar exterior.
Aquí es de donde provienen las mediciones de velocidad radial (RV). Los telescopios como el Observatorio WM Keck, donde se han realizado algunas de las mediciones de RV más precisas, son mucho mejores para detectar estos exoplanetas más grandes porque tienen un impacto mucho más significativo en su estrella. Las mediciones de RV calculan cuánto se tambalea una estrella bajo la influencia de un exoplaneta que se mueve a su alrededor. Este exoplaneta no necesariamente tiene que moverse frente a la estrella para que este método funcione; de hecho, si se mueve directamente entre la estrella y la Tierra, el método no funciona en absoluto. Pero si aparta a la estrella dentro de su órbita elíptica, Keck y otros telescopios similares pueden calcular la distancia del planeta y la masa esperada, todo en función de cuánto se mueve la estrella madre.
Hasta hace poco, los conjuntos de datos para estudiar los exoplanetas en tránsito y los que usaban vehículos recreativos estaban separados, lo que dejaba una brecha notable en la comprensión de los astrónomos sobre cómo los dos métodos leerían el mismo sistema. Entonces, los científicos de Notre Dame desarrollaron el Kepler Giant Planet Survey, que combinó datos de Kepler y Keck para analizar 63 sistemas de exoplanetas diferentes. La mayoría de los planetas en estos sistemas se encontraron originalmente a través de tránsitos, pero alrededor de 20 de los 177 planetas en los sistemas de muestra se encontraron usando vehículos recreativos.
Con los conjuntos de datos combinados, los investigadores observaron posibles marcadores reveladores que podrían indicar que un sistema de exoplanetas tiene un planeta gigante más lejos. Los lugares más obvios, como cuántos planetas interiores había y qué tan grandes eran esos planetas, no arrojaron muchos resultados. No había una correlación obvia entre el número y tamaño de los planetas interiores y la existencia de algún planeta exterior en el sistema.
Sin embargo, hubo una correlación estadísticamente significativa con una medida menos conocida de los exoplanetas: la complejidad de su brecha. Básicamente, la complejidad de la brecha mide cuánto varía el espacio entre las órbitas de un planeta de un planeta a otro. Un sistema con baja complejidad de espacios tendría planetas de espacio muy uniforme, mientras que un sistema con alta complejidad de espacios tendría planetas espaciados al azar. Los investigadores encontraron que la mayor complejidad de las grietas aumenta en gran medida la probabilidad de que el sistema tenga un planeta gigante en su sistema solar exterior, uno que se puede encontrar por RV, pero no por tránsito.
Una desventaja de este método es que para calcular realmente la complejidad de los espacios en el sistema interno, fue suficiente analizar sistemas con tres planetas internos (y por lo tanto al menos dos “espacios” entre órbitas). Esto hizo que el número total de sistemas en una muestra de 63 sistemas con esta función se redujera a cuatro. Sin embargo, también encontraron la misma lógica para la complejidad de la brecha al incluir un gigante gaseoso en el cálculo de la complejidad, al menos para sistemas con solo dos planetas en el sistema solar interior.
La significación estadística es, de hecho, el estándar de oro para probar teorías científicas, pero un tamaño de muestra total de cuatro personas ciertamente puede mejorarse. La síntesis de datos, como el trabajo realizado por el Dr. On and Weiss es un excelente lugar para comenzar a recopilar más datos. Entonces, a medida que se descubran más y más sistemas de exoplanetas, habrá muchas más posibilidades de probar esta teoría y comenzar a comprender cómo la formación de planetas gigantes afecta la formación de sistemas de exoplanetas.