Incluso los planetas tienen sus límites (de tamaño)

Un disco formador de planetas hecho de roca y gas rodea a una joven estrella. NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/ Gerald Eichstädt /Seán Doran

Los científicos han descubierto más de 4,000 exoplanetas fuera de nuestro Sistema Solar, según el Archivo de Exoplanetas de la NASA.

Algunos de estos planetas orbitan múltiples estrellas al mismo tiempo. Ciertos planetas están tan cerca de su estrella que solo lleva unos pocos días hacer una revolución, en comparación con la Tierra, que tarda 365,25 días. Otros giran alrededor de su estrella con órbitas extremadamente oblongas, a diferencia de la circular de la Tierra. Cuando se trata de cómo se comportan los exoplanetas y dónde existen, hay muchas posibilidades.

Sin embargo, cuando se trata de tamaños de planetas, específicamente su masa y radio, existen algunas limitaciones. Y por eso, tenemos que culpar a la física.

Soy astrofísica planetaria y trato de entender qué hace que un planeta sea capaz de soportar la vida. Miro la conexión química entre las estrellas y sus exoplanetas y cómo la estructura interior y la mineralogía de planetas de diferentes tamaños se comparan entre sí.

Este bosquejo ilustra un árbol genealógico de exoplanetas a partir del disco protoplanetario, que es un disco giratorio de gas y polvo que rodea un planeta (muy parecido a un disco estelar pero más pequeño). El gas y el polvo son arrastrados hacia el planeta, dependiendo de la masa y la gravedad del planeta. NASA/Ames Research Center/JPL-Caltech/Tim Pyle

Planetas rocosos versus gaseosos

En nuestro Sistema Solar, tenemos dos tipos de planetas: planetas pequeños, rocosos y densos que son similares a la Tierra y planetas gaseosos grandes como Júpiter. Por lo que los astrofísicos hemos detectado hasta ahora, todos los planetas caen en estas dos categorías.

De hecho, cuando miramos los datos de las misiones de búsqueda de planetas como la misión Kepler o del Satélite del Sistema de Exoplanetas en tránsito, hay una brecha en el tamaño de los planetas. Es decir, no hay muchos planetas que cumplan la definición de una “super-Tierra”, con un radio de uno y medio a dos veces el radio de la Tierra y una masa que es de cinco a 10 veces mayor.

Entonces la pregunta es, ¿por qué no hay súper-Tierras? ¿Por qué los astrónomos solo ven pequeños planetas rocosos y enormes planetas gaseosos?

Las diferencias entre los dos tipos de planetas, y la razón de esta brecha de la súper-Tierra, tiene todo que ver con la atmósfera de un planeta, especialmente cuando el planeta se está formando.

Cuando nace una estrella, una gran bola de gas se une, comienza a girar, se derrumba sobre sí misma y enciende una reacción de fusión dentro del núcleo de la estrella. Este proceso no es perfecto. Queda mucho gas y polvo extra después de que se forma la estrella. El material adicional continúa girando alrededor de la estrella hasta que finalmente se forma en un disco estelar: una colección plana de gas, polvo y rocas en forma de anillo.

Durante todo este movimiento y conmoción, los granos de polvo chocan entre sí, formando guijarros que luego se convierten en rocas cada vez más grandes hasta formar planetas. A medida que el planeta crece en tamaño, aumenta su masa y, por lo tanto, la gravedad, lo que le permite capturar no solo el polvo y las rocas acumulados, sino también el gas, que forma una atmósfera.

Hay mucho gas dentro del disco estelar; después de todo, el hidrógeno y el helio son los elementos más comunes en las estrellas y en el universo. Sin embargo, hay mucho menos material rocoso porque solo se hizo una cantidad limitada durante la formación de estrellas.


Comparación de planetas confirmados de súper-Tierra en comparación con el tamaño de la Tierra. NASA / Ames / JPL-Caltech

El problema con las súper-Tierras

Si un planeta sigue siendo relativamente pequeño, con un radio de menos de 1.5 veces el radio de la Tierra, entonces su gravedad no es lo suficientemente fuerte como para mantener una gran cantidad de atmósfera, como lo que hay en Neptuno o Júpiter. Sin embargo, si continúa creciendo, captura más y más gas que forma una atmósfera que hace que se hinche al tamaño de Neptuno (cuatro veces el radio de la Tierra) o Júpiter, 11 veces el radio de la Tierra.

Por lo tanto, un planeta permanece pequeño y rocoso, o se convierte en un gran planeta gaseoso. El término medio, donde podría formarse una súper Tierra, es muy difícil porque, una vez que tiene suficiente masa y fuerza gravitacional, necesita las circunstancias exactas para evitar que la avalancha de gas se acumule en el planeta y se hinche. Esto a veces se conoce como “equilibrio inestable”, de modo que cuando un cuerpo (o un planeta) se desplaza ligeramente (se agrega un poco más de gas) se aleja más de la posición original (y se convierte en un planeta gigante).

Otro factor a considerar es que una vez que se forma un planeta, no siempre permanece en la misma órbita. A veces los planetas se mueven o migran hacia su estrella anfitriona. A medida que el planeta se acerca a la estrella, su atmósfera se calienta haciendo que los átomos y las moléculas se muevan muy rápido y escapen de la atracción gravitacional del planeta. Entonces, algunos de los pequeños planetas rocosos son en realidad núcleos de planetas más grandes que han sido despojados de su atmósfera.

Entonces, si bien no hay planetas rocosos súper enormes o planetas pequeños y esponjosos, todavía hay una gran cantidad de diversidad en tamaños, geometrías y composiciones de planetas.

Autora original: Natalie Hinkel, Astrofísica Planetaria, Científica Investigadora Senior en el Southwest Research Institute y Co-investigadora del Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), Arizona State University

Este artículo es una traducción del articulo publicado en The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lee el artículo original.

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Traducción: AGRA – AAA

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