Un reciente estudio realizado por investigadores de la Universidad Rice, Sho Shibata y Andre Izidoro, presenta un modelo innovador sobre la formación de super-Tierras y mini-Neptunos, planetas que poseen entre 1 y 4 veces el tamaño de la Tierra y que se consideran los más comunes en nuestra galaxia. Esta investigación, publicada en The Astrophysical Journal Letters, ofrece nuevas perspectivas sobre la evolución planetaria más allá de nuestro sistema solar.
Durante décadas, la comunidad científica ha debatido sobre cómo se forman estos planetas. Los modelos tradicionales postulaban que los planetesimales, los pequeños bloques de construcción de los planetas, se formaban en amplias regiones del disco de un joven sistema estelar. Sin embargo, Shibata e Izidoro sugieren una teoría alternativa: estos materiales probablemente se agrupan en anillos estrechos en ubicaciones específicas del disco, lo que haría que la formación de planetas fuera más organizada de lo que se creía anteriormente.
“Este artículo es particularmente significativo, ya que modela la formación de super-Tierras y mini-Neptunos, que se cree son los tipos de planetas más comunes en la galaxia”, comentó Shibata, investigador postdoctoral en ciencias de la Tierra, medioambiental y planetarias. “Uno de nuestros hallazgos clave es que los caminos de formación del sistema solar y de los sistemas de exoplanetas pueden compartir similitudes fundamentales”.
Simulaciones avanzadas y sus hallazgos
Utilizando simulaciones N-body avanzadas, que analizan cómo interactúan los objetos a través de la gravedad, los investigadores estudiaron la formación planetaria en dos regiones distintas: una dentro de 1.5 unidades astronómicas (UA) de la estrella anfitriona y otra más allá de 5 UA, cerca de la línea de nieve del agua. Las simulaciones rastrearon las colisiones, el crecimiento y la migración de los planetesimales a lo largo de millones de años. Los resultados revelaron que las super-Tierras se forman principalmente a través de la acreción de planetesimales en el disco interno, mientras que los mini-Neptunos se desarrollan más allá de la línea de nieve, principalmente mediante la acreción de guijarros.
“Nuestros resultados sugieren que las super-Tierras y los mini-Neptunos no se forman a partir de una distribución continua de material sólido, sino más bien de anillos que concentran la mayor parte de la masa en sólidos”, señaló Izidoro, profesor asistente en ciencias de la Tierra, medioambiental y planetarias. “Investigaciones relacionadas en Rice han explorado aspectos de esta idea, pero este nuevo artículo reúne estos conceptos en un solo cuadro coherente”.
El modelo propuesto por los investigadores logra replicar características clave de los sistemas de exoplanetas, incluida la “valle de radios”, una notable escasez de planetas alrededor de 1.8 veces el tamaño de la Tierra. En cambio, los exoplanetas tienden a agruparse en dos grupos de tamaño: aproximadamente 1.4 y 2.4 veces el tamaño de la Tierra. Su modelo explica esta brecha al predecir que los planetas más pequeños que 1.8 veces el radio terrestre son principalmente super-Tierras, mientras que los más grandes son mini-Neptunos ricos en agua, alineándose estrechamente con las observaciones del mundo real.
El estudio también ofrece una visión sobre la uniformidad en tamaño observada en sistemas multicanal. Muchos sistemas de exoplanetas exhiben un patrón de “guisantes en una vaina”, donde los planetas dentro del mismo sistema son notablemente similares en tamaño. El modelo de anillos produce naturalmente esta uniformidad al controlar cómo se forman y crecen los planetas dentro de sus respectivos anillos.
Las simulaciones de Shibata e Izidoro también coinciden con las distribuciones observadas de órbitas planetarias, lo que refuerza la idea de que los planetas emergen de ubicaciones específicas en lugar de estar dispersos al azar por el disco.
Más allá de explicar estas observaciones, el modelo permite un análisis predictivo de la formación planetaria y sugiere la posibilidad de otros planetas similares a la Tierra. Izidoro indicó que, aunque sería raro, los planetas rocosos en la zona habitable podrían formarse a través de impactos gigantes en etapas tardías, similar a cómo se formaron la Tierra y su luna.
“Podemos llevar nuestro modelo más lejos y utilizarlo para hacer predicciones sobre los tipos de planetas que se espera encontrar a distancias equivalentes a la Tierra-Sol, regiones que actualmente están más allá del alcance de las observaciones”, añadió Izidoro.
“Según nuestras predicciones, hasta aproximadamente el 1% de los sistemas de super-Tierras y mini-Neptunos podrían albergar planetas similares a la Tierra dentro de la zona habitable de sus estrellas. Si bien esta fracción es relativamente baja dado lo comunes que son las super-Tierras y mini-Neptunos, implica una tasa de ocurrencia de aproximadamente un planeta similar a la Tierra por cada 300 estrellas similares al Sol”.
Estas conclusiones podrían tener profundas implicaciones para futuras investigaciones sobre exoplanetas. “Estas predicciones serán puestas a prueba con telescopios futuros, proporcionando información crucial sobre la formación planetaria y la habitabilidad”, concluyó Shibata. “Si las observaciones futuras confirman nuestras predicciones, podría cambiar completamente nuestra comprensión de cómo se forman los planetas, no solo en nuestra galaxia, sino en todo el universo”.
