¿De dónde vienen todos estos planetas rebeldes?

Hay una población de planetas que pasan por el espacio sin estar unidos a ninguna estrella. Se les llama planetas rebeldes o planetas flotantes (FFP).

Algunos FFP se forman como personas solitarias que nunca han disfrutado de la compañía de una estrella.

Pero la mayoría son expulsados ​​de los sistemas solares de alguna manera, y hay diferentes maneras en que esto puede suceder.

Un investigador se propuso intentar comprender la población FFP y cómo surgió.

Los FFP también se denominan objetos de masa planetaria aislados (iPMO) en la literatura científica, pero independientemente del nombre que se utilice, son lo mismo.

Estos planetas deambulan solos por el espacio interestelar, divorciados de cualquier relación con otras estrellas o planetas.

Los FFP son misteriosos porque son extremadamente difíciles de detectar. Pero los astrónomos están mejorando y adquiriendo mejores herramientas para la tarea.

En 2021, los astrónomos hicieron un esfuerzo decidido para descubrirlos en Upper Scorpius y Ophiuchus y descubrieron 70 de ellos, posiblemente muchos más.

En términos generales, hay dos formas en que se pueden formar los FFP. Pueden formarse como la mayoría de los planetas, en discos protoplanetarios alrededor de estrellas jóvenes. Estos planetas se forman mediante la acumulación de polvo y gas. O pueden formarse como lo hacen las estrellas al colapsar en una nube de gas y polvo sin relación con una estrella.

Para los planetas que se forman alrededor de estrellas y finalmente son expulsados, existen diferentes mecanismos de expulsión. Pueden ser expulsados ​​de interacciones con sus estrellas en un sistema estelar binario, pueden ser expulsados ​​de un sobrevuelo estelar o pueden ser expulsados ​​de la dispersión planeta-planeta.

En un esfuerzo por comprender mejor la población de PFC, un investigador examinó los PFC expulsados. Simuló planetas rebeldes resultantes de interacciones planeta-planeta y aquellos de sistemas estelares binarios, donde las interacciones con sus estrellas binarias los desvían. ¿Podría haber una manera de hacerles saber y comprender mejor cómo se fabrican estos artículos?

Un nuevo artículo titulado «Sobre las propiedades de los planetas flotantes originados en sistemas planetarios circumbinarios» aborda el problema. El autor es Gavin Coleman del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad Queen Mary de Londres. El artículo se publicará en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

En su artículo, Coleman señala que los investigadores han explorado cómo se forman los PFC, pero aún queda más por hacer. «Numerosos trabajos han explorado los mecanismos para formar tales objetos, pero aún no han proporcionado predicciones sobre sus distribuciones que puedan diferenciar entre los mecanismos de formación», escribe.

Coleman se centra en las estrellas expulsadas en lugar de las estrellas que se formaron como rebeldes. Evita los planetas rebeldes que son el resultado de interacciones con otros planetas porque la dispersión planeta-planeta no es tan significativa como otros tipos de eyecciones. «Vale la pena señalar que la dispersión planeta-planeta alrededor de estrellas individuales no puede explicar la gran cantidad de FFP observadas en las observaciones», explica Coleman.

Coleman destaca en su trabajo los sistemas estelares binarios y sus planetas circumbinarios. Investigaciones anteriores muestran que los planetas se eliminan naturalmente de los sistemas circumbinarios. En su investigación, Coleman simuló sistemas estelares binarios y cómo se comportan los planetas expulsados ​​de estos sistemas. «Encontramos diferencias significativas entre los planetas expulsados ​​a través de interacciones planeta-planeta y los de estrellas binarias», escribe.

Coleman basó sus simulaciones en un sistema estelar binario llamado TOI 1338. TOI 1338 tiene un planeta circumbinario conocido llamado BEBOP-1. El uso de un sistema binario conocido con un planeta circumbinario confirmado proporciona una base sólida para sus simulaciones. También le permitió comparar sus resultados con otras simulaciones basadas en BEBOP-1.

La simulación varió varios parámetros: la masa inicial del disco, la separación binaria, la fuerza del entorno externo y el nivel de turbulencia en el disco. Esos parámetros gobiernan fuertemente los planetas que se forman. Otros parámetros utilizaron solo un valor: la masa estelar combinada, la relación de masa y la excentricidad binaria. La masa estelar combinada de TOI 1338 es de aproximadamente 1,3 masas solares, en línea con el promedio en sistemas binarios de aproximadamente 1,5 masas solares.

Cada simulación duró 10 millones de años, tiempo suficiente para que el sistema solar tomara forma.

Coleman descubrió que los sistemas circumbinarios producen FFP de manera eficiente. En las simulaciones, cada sistema binario arrojó una media de entre dos y siete planetas con una masa superior a la de la Tierra. Para los planetas gigantes de más de 100 masas terrestres, el número de planetas expulsados ​​se reduce a 0,6 planetas expulsados ​​por sistema.

Las simulaciones también mostraron que la mayoría de los planetas son expulsados ​​de sus discos circumbinarios entre 0,4 y 4 millones de años después del inicio de la simulación. A esta edad, el disco circumbinario no se ha dispersado ni inflado.

El resultado más importante puede tener que ver con la propagación de la velocidad de los FFP. “A medida que los planetas se retiran de los sistemas, conservan un exceso de velocidades significativo, entre 8 y 16 km?1. Esto es mucho mayor que las dispersiones de velocidad observadas en las estrellas en las regiones locales de formación estelar”, explica Coleman. Entonces, esto significa que las dispersiones de velocidad de los FFP se pueden usar para distinguir entre los expulsados ​​y los que se formaron en solitario.

Los diferenciales de velocidad proporcionan otra ventana a la población de FFP. Las simulaciones de Coleman muestran que la dispersión de la velocidad de los FFP expulsados ​​por interacciones con estrellas binarias es aproximadamente tres veces mayor que la dispersión de los planetas expulsados ​​por la dispersión planeta-planeta.

Coleman también descubrió que el nivel de turbulencia en el disco afecta la eyección del planeta. Cuanto más débil es la turbulencia, más planetas son expulsados. La turbulencia también afecta la masa de los planetas expulsados: una turbulencia más débil expulsa planetas menos masivos, donde alrededor del 96% de los planetas expulsados ​​tienen menos de 100 masas terrestres.

En conjunto, las simulaciones proporcionan una forma de observar la población de PFC y determinar su origen. «Las diferencias en las distribuciones de masas de FFP, sus frecuencias y velocidades excesivas pueden indicar si las estrellas individuales o los sistemas circumbinarios son el lugar de nacimiento de las FFP», escribe Coleman en su conclusión.

Pero el autor también reconoce los errores de sus simulaciones y aclara lo que los sims no nos dicen.

«Sin embargo, aunque este trabajo contiene muchas simulaciones y explora un amplio espacio de parámetros, no constituye una población completa de sistemas circumbinarios en formación», escribe Coleman en su conclusión. Según Coleman, con la tecnología actual no es factible lograr una población completa de estos sistemas.

«Si esta población se lleva a cabo en trabajos futuros, entonces la comparación entre esa población y las poblaciones observadas brindará información aún más valiosa sobre la formación de estos intrigantes objetos», explica.

Todavía hay muchos astrónomos que desconocen los sistemas binarios y cómo se forman y expulsan los planetas. Por un lado, los modelos de formación de planetas se revisan y actualizan constantemente con nueva información.

Ni siquiera tenemos una idea clara de cuántos FFP hay. Algunos investigadores piensan que puede haber billones de ellos. El próximo telescopio espacial romano Nancy Grace utilizará lentes gravitacionales para realizar un censo de exoplanetas, incluida una muestra de FFP con masas tan pequeñas como la de Marte.

En trabajos futuros, Coleman pretende determinar si existen diferencias en la composición química entre los PFC. Esto limitaría los tipos de estrellas que se forman a su alrededor y dónde se formaron en sus discos protoplanetarios. Esto requeriría estudios espectroscópicos de los PFC.

Pero al menos por ahora, Coleman ha desarrollado una manera cada vez mejor de entender los FFP. Utilizando estos datos, los astrónomos pueden comenzar a discernir de dónde provienen los FFP individuales y comprender mejor a la población en general.

Escrito por Evan Gough/Universe Today.