¿Una nueva forma de descubrir los planetas? Los astrónomos detectan un exoplaneta al ver sus cinturones de Troya

Aunque hemos encontrado miles de exoplanetas en los últimos años, realmente solo tenemos tres métodos para encontrarlos. El primero es observar una estrella oscurecerse ligeramente cuando un planeta pasa por delante de ella (método de tránsito). El segundo es medir la oscilación de una estrella cuando un planeta en órbita le da un tirón gravitacional (método Doppler). El tercero es observar directamente el exoplaneta. Ahora un nuevo estudio en el Cartas de revistas astrofísicas tiene un cuarto método.

Cada uno de los métodos que utilizamos actualmente tiene sus inconvenientes. El método de tránsito solo funciona cuando la órbita de un exoplaneta está alineada con nuestra vista de la estrella, el método Doppler tiende a favorecer a los planetas más grandes que orbitan cerca de una estrella más pequeña, y la observación directa es mejor para los planetas grandes que orbitan lejos de su estrella. Pero todos estos métodos solo funcionan para planetas que orbitan estrellas de mediana edad. Estas son estrellas que hace tiempo que limpiaron el polvo y los escombros a su alrededor. Entonces, si bien hemos aprendido mucho sobre los tipos de sistemas planetarios que existen, hemos aprendido menos sobre la formación de sistemas estelares jóvenes.

Imagen del disco formador de planetas HL Tau tomada con el Atacama Large Millimeter Array. Las condiciones dentro del disco contribuyen a la eventual habitabilidad de un planeta. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Gracias a observatorios de radio como ALMA, tenemos una buena vista de los primeros discos de escombros alrededor de estrellas muy jóvenes. Estos discos emiten un débil resplandor de radio que ALMA es particularmente bueno para ver. Una de las cosas que hemos notado en muchos de estos discos es que contienen espacios o bandas. Creemos que son causados ​​por planetas jóvenes que se han abierto camino a través del disco de escombros a medida que crecen y evolucionan. El problema es que no podemos estar seguros de que esto es lo que está sucediendo. Hay otras explicaciones posibles, como turbulencias o resonancias gravitatorias dentro del disco que provocan la formación de espacios. El problema es que, si bien podemos estudiar la estructura de los espacios, los telescopios como ALMA no pueden resolver un planeta real que orbita en un espacio. Incluso un planeta tan grande como Júpiter es demasiado pequeño para ser detectado directamente.

La órbita de Júpiter y sus caballos de Troya. Crédito: Instituto de Astronomía CAS/Petr Scheirich

Por lo tanto, este nuevo estudio adoptó un enfoque diferente. En lugar de tratar de detectar directamente un exoplaneta en el disco, ¿por qué no buscar señales en el disco de escombros de que el planeta está allí? Y encontraron un modelo que funciona. Incluso podría llamarlo su caballo de Troya.

Júpiter es, con diferencia, el planeta más masivo de nuestro sistema solar y, con el tiempo, ha influido en las órbitas de cuerpos más pequeños, como los asteroides. Una de las influencias obvias está en el cinturón de asteroides, donde ha inducido espacios resonantes conocidos como Brechas de Kirkwood. El otro está en la colección de asteroides que ha recogido en su órbita, conocidos como troyanos.

Los asteroides troyanos son pequeños cuerpos que han quedado atrapados en los puntos de Lagrange de Júpiter. Estas son regiones de la órbita de Júpiter unos sesenta grados por delante y por detrás del propio Júpiter. A través de la danza gravitacional de Júpiter y el Sol, los puntos de Lagrange son pozos gravitacionales bastante profundos, por lo que cualquier cosa en ellos tiende a permanecer allí. Mientras Júpiter orbita alrededor del Sol, hay un grupo de troyanos caminando delante y detrás de él.

Disco de escombros alrededor de la estrella LkCa 15. Crédito: Adam Kraus y Michael Ireland

En este nuevo estudio, el equipo se centró en una estrella joven conocida como LkCA 15 y buscó dinámicas gravitatorias similares. Al analizar imágenes de alta resolución de la estrella y su disco de escombros, encontraron dos cúmulos de polvo muy débiles. Los cúmulos estaban en la misma órbita en el disco de escombros y estaban separados por un ángulo de 120 grados. En otras palabras, los cúmulos tienen todos los signos de estar en los puntos de Lagrange de un planeta joven. Según los datos, el equipo estima que el planeta tiene aproximadamente el tamaño de Neptuno o Saturno. Dado que el planeta probablemente solo tenga unos pocos millones de años, parece haberse formado con bastante rapidez.

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Todo esto pinta una imagen interesante de la evolución planetaria. Los planetas principales parecen formarse temprano en un sistema estelar y comienzan a influir en su danza gravitatoria casi de inmediato. La siguiente pregunta es si los astrónomos pueden encontrar planetas similares en otros sistemas estelares jóvenes usando el mismo método.

Referencia: Largo, Feng et al. «Detección con ALMA de polvo atrapado alrededor de puntos Lagrangianos en el disco LkCa 15.” Cartas del Diario Astrofísico 937.1 (2022): L1.

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