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El concepto artístico de un sistema planetario

Un sistema planetario es un conjunto de objetos no estelares ligados gravitacionalmente dentro o fuera de la órbita alrededor de una estrella o sistema estelar . En términos generales, los sistemas con uno o más planetas constituyen un sistema planetario, aunque dichos sistemas también pueden consistir en cuerpos como planetas enanos , asteroides , satélites naturales , meteoroides , cometas , planetesimales [1] [2] y discos circunestelares . El soljunto con los planetas que giran a su alrededor, incluida la Tierra , se conoce como Sistema Solar . [3] [4] El término sistema exoplanetario se usa a veces en referencia a otros sistemas planetarios.

Al 1 de marzo de 2021, hay 4.687 exoplanetas confirmados en 3.463 sistemas , con 770 sistemas que tienen más de un planeta . [5] También se sabe que los discos de escombros son comunes, aunque otros objetos son más difíciles de observar.

De particular interés para la astrobiología es la zona habitable de los sistemas planetarios donde los planetas podrían tener agua líquida en la superficie y, por lo tanto, la capacidad de albergar vida similar a la de la Tierra.

Historia [ editar ]

Heliocentrismo [ editar ]

Históricamente, el heliocentrismo (la doctrina de que el Sol está en el centro del universo) se oponía al geocentrismo (colocar a la Tierra en el centro del universo).

La noción de un sistema solar heliocéntrico, con el Sol en el centro, posiblemente se sugiera por primera vez en la literatura védica de la antigua India , que a menudo se refiere al Sol como el "centro de las esferas". Algunos interpretan los escritos de Aryabhatta en Āryabhaṭīya como implícitamente heliocéntricos.

La idea fue propuesta por primera vez en la filosofía occidental y la astronomía griega ya en el siglo III a. C. por Aristarco de Samos , [6] pero no recibió el apoyo de la mayoría de los otros astrónomos antiguos.

Descubrimiento del Sistema Solar [ editar ]

Modelo heliocéntrico del Sistema Solar en el manuscrito de Copérnico

De revolutionibus orbium coelestium de Nicolaus Copernicus , publicado en 1543, presentó el primer modelo heliocéntrico matemáticamente predictivo de un sistema planetario. Los sucesores del siglo XVII, Galileo Galilei , Johannes Kepler y Sir Isaac Newton, desarrollaron una comprensión de la física que llevó a la aceptación gradual de la idea de que la Tierra se mueve alrededor del Sol y que los planetas se rigen por las mismas leyes físicas que regían la Tierra. .

Especulación sobre sistemas planetarios extrasolares [ editar ]

En el siglo XVI, el filósofo italiano Giordano Bruno , uno de los primeros partidarios de la teoría copernicana de que la Tierra y otros planetas orbitan alrededor del Sol, propuso la opinión de que las estrellas fijas son similares al Sol y también están acompañadas de planetas. Fue quemado en la hoguera por sus ideas por la Inquisición romana . [7]

En el siglo XVIII, Sir Isaac Newton mencionó la misma posibilidad en el " Escolio general " que concluye sus Principia . Haciendo una comparación con los planetas del Sol, escribió: "Y si las estrellas fijas son los centros de sistemas similares, todas se construirán de acuerdo con un diseño similar y estarán sujetas al dominio del Uno ". [8]

Sus teorías ganaron fuerza a lo largo de los siglos XIX y XX a pesar de la falta de evidencia de apoyo. Mucho antes de su confirmación por parte de los astrónomos, las conjeturas sobre la naturaleza de los sistemas planetarios habían sido un foco de la búsqueda de inteligencia extraterrestre y han sido un tema predominante en la ficción , particularmente en la ciencia ficción.

Detección de exoplanetas [ editar ]

La primera detección confirmada de un exoplaneta fue en 1992, con el descubrimiento de varios planetas de masa terrestre orbitando el púlsar PSR B1257 + 12 . La primera detección confirmada de exoplanetas de una estrella de la secuencia principal se realizó en 1995, cuando se encontró un planeta gigante, 51 Pegasi b , en una órbita de cuatro días alrededor de la cercana estrella de tipo G 51 Pegasi . La frecuencia de las detecciones ha aumentado desde entonces, particularmente a través de los avances en los métodos de detección de planetas extrasolares y programas dedicados a la búsqueda de planetas, como la misión Kepler .

Origen y evolución [ editar ]

El concepto artístico de un disco protoplanetario

Los sistemas planetarios provienen de discos protoplanetarios que se forman alrededor de las estrellas como parte del proceso de formación estelar .

Durante la formación de un sistema, mucho material se dispersa gravitacionalmente en órbitas lejanas y algunos planetas son expulsados ​​completamente del sistema convirtiéndose en planetas rebeldes .

Sistemas evolucionados [ editar ]

Estrellas de gran masa [ editar ]

Se han descubierto planetas que orbitan púlsares . Los púlsares son los restos de las explosiones de supernovas de estrellas de gran masa, pero un sistema planetario que existía antes de la supernova probablemente sería destruido en su mayor parte. Los planetas se evaporarían, serían empujados fuera de sus órbitas por las masas de gas de la estrella en explosión, o la pérdida repentina de la mayor parte de la masa de la estrella central los haría escapar del agarre gravitacional de la estrella, o en algunos casos el la supernova patearíael púlsar fuera del sistema a alta velocidad, por lo que los planetas que hubieran sobrevivido a la explosión quedarían atrás como objetos flotantes. Los planetas que se encuentran alrededor de los púlsares pueden haberse formado como resultado de compañeros estelares preexistentes que fueron casi completamente evaporados por la explosión de supernova, dejando atrás cuerpos del tamaño de planetas. Alternativamente, los planetas pueden formarse en un disco de acumulación de materia de reserva que rodea a un púlsar. [9] Los discos de reserva de materia que no lograron escapar de la órbita durante una supernova también pueden formar planetas alrededor de los agujeros negros . [10]

Estrellas de menor masa [ editar ]

Discos protoplanetarios observados con el Very Large Telescope . [11]

A medida que las estrellas evolucionan y se convierten en gigantes rojas , estrellas ramificadas gigantes asintóticas y nebulosas planetarias , envuelven los planetas interiores, evaporándolos o evaporándolos parcialmente según su masa. A medida que la estrella pierde masa, los planetas que no están engullidos se alejan más de la estrella.

Si una estrella evolucionada está en un sistema binario o múltiple, entonces la masa que pierde puede transferirse a otra estrella, creando nuevos discos protoplanetarios y planetas de segunda y tercera generación que pueden diferir en composición de los planetas originales que también pueden verse afectados por el transferencia de masa.

  • Planetas en sistemas binarios evolucionados , Hagai B. Perets, 13 de enero de 2011
  • ¿Pueden los planetas sobrevivir a la evolución estelar? , Eva Villaver, Mario Livio, febrero de 2007
  • La evolución orbital de planetas gigantes gaseosos alrededor de estrellas gigantes , Eva Villaver, Mario Livio, 13 de octubre de 2009
  • Sobre la supervivencia de las enanas marrones y los planetas engullidos por su estrella anfitriona gigante , Jean-Claude Passy, ​​Mordecai-Mark Mac Low, Orsola De Marco, 2 de octubre de 2012
  • Predicciones de Ragnarök: gigantes asintóticos que envuelven el mundo y la herencia de las enanas blancas , Alexander James Mustill, Eva Villaver, 5 de diciembre de 2012

Arquitecturas del sistema [ editar ]

El Sistema Solar consta de una región interior de pequeños planetas rocosos y una región exterior de grandes gigantes gaseosos . Sin embargo, otros sistemas planetarios pueden tener arquitecturas bastante diferentes. Los estudios sugieren que las arquitecturas de los sistemas planetarios dependen de las condiciones de su formación inicial. [12] Se han encontrado muchos sistemas con un gigante gaseoso caliente de Júpiter muy cerca de la estrella. Se han propuesto teorías, como la migración o la dispersión planetaria , para la formación de grandes planetas cerca de sus estrellas madre. [13]En la actualidad, se han encontrado pocos sistemas análogos al Sistema Solar con planetas terrestres cercanos a la estrella madre. Más comúnmente, se han detectado sistemas que constan de múltiples Supertierras . [14]

Componentes [ editar ]

Planetas y estrellas [ editar ]

La clasificación espectral de Morgan-Keenan

La mayoría de los exoplanetas conocidos orbitan estrellas aproximadamente similares al Sol , es decir, estrellas de la secuencia principal de las categorías espectrales F, G o K. Una razón es que los programas de búsqueda de planetas han tendido a concentrarse en tales estrellas. Además, los análisis estadísticos indican que las estrellas de menor masa ( enanas rojas , de categoría espectral M) tienen menos probabilidades de tener planetas lo suficientemente masivos como para ser detectados por el método de velocidad radial . [15] [16] Sin embargo, la nave espacial Kepler ha descubierto varias decenas de planetas alrededor de enanas rojas mediante el método de tránsito , que puede detectar planetas más pequeños.

Discos circunestelares y estructuras de polvo [ editar ]

Discos de escombros detectados en imágenes de archivo HST de estrellas jóvenes, HD 141943 y HD 191089 , utilizando procesos de imagen mejorados (24 de abril de 2014).

Después de los planetas, los discos circunestelares son una de las propiedades más comúnmente observadas de los sistemas planetarios, particularmente de las estrellas jóvenes. El Sistema Solar posee al menos cuatro discos circunestelares principales (el cinturón de asteroides , el cinturón de Kuiper , el disco disperso y la nube de Oort ) y se han detectado discos claramente observables alrededor de análogos solares cercanos, incluidos Epsilon Eridani y Tau Ceti . Basado en observaciones de numerosos discos similares, se supone que son atributos bastante comunes de estrellas en la secuencia principal .

Las nubes de polvo interplanetarias se han estudiado en el Sistema Solar y se cree que hay análogos presentes en otros sistemas planetarios. Se ha detectado polvo exozodiacal, un análogo exoplanetario del polvo zodiacal , los granos de carbón amorfo y polvo de silicato del tamaño de 1 a 100 micrómetros que llenan el plano del Sistema Solar [17] alrededor de los 51 Ophiuchi , Fomalhaut , [18] [19 ] Tau Ceti , [19] [20] y sistemas Vega .

Cometas [ editar ]

En noviembre de 2014 hay 5.253 cometas conocidos del Sistema Solar [21] y se cree que son componentes comunes de los sistemas planetarios. Los primeros exocometas se detectaron en 1987 [22] [23] alrededor de Beta Pictoris , una estrella de secuencia principal de tipo A muy joven . En la actualidad hay un total de 11 estrellas alrededor de las cuales se ha observado o sospechado la presencia de exocometas. [24] [25] [26] [27] Todos los sistemas exocometarios descubiertos ( Beta Pictoris , HR 10 , [24] 51 Ophiuchi , HR 2174 , [25] 49 Ceti , 5 Vulpeculae, 2 Andromedae , HD 21620 , HD 42111 , HD 110411 , [26] [28] y, más recientemente, HD 172555 [27] ) son muy pequeños alrededor de estrellas de tipo A .

Otros componentes [ editar ]

El modelado por computadora de un impacto en 2013 detectado alrededor de la estrella NGC 2547 -ID8 por el Telescopio Espacial Spitzer y confirmado por observaciones terrestres sugiere la participación de grandes asteroides o protoplanetas similares a los eventos que se cree que llevaron a la formación de planetas terrestres como la Tierra. . [29]

Según las observaciones de la gran colección de satélites naturales del Sistema Solar, se cree que son componentes comunes de los sistemas planetarios; sin embargo, las exolunas han eludido hasta ahora la confirmación. La estrella 1SWASP J140747.93-394542.6 , en la constelación de Centauro , es una fuerte candidata a satélite natural. [30] Las indicaciones sugieren que el planeta extrasolar confirmado WASP-12b también tiene al menos un satélite. [31]

Configuraciones orbitales [ editar ]

A diferencia del Sistema Solar, que tiene órbitas casi circulares, muchos de los sistemas planetarios conocidos muestran una excentricidad orbital mucho mayor . [32] Un ejemplo de tal sistema es 16 Cygni .

Inclinación mutua [ editar ]

La inclinación mutua entre dos planetas es el ángulo entre sus planos orbitales . Se espera que muchos sistemas compactos con múltiples planetas cercanos en el interior de la órbita equivalente de Venus tengan inclinaciones mutuas muy bajas, por lo que el sistema (al menos la parte cercana) sería incluso más plano que el sistema solar. Los planetas capturados podrían capturarse en cualquier ángulo arbitrario con el resto del sistema. A partir de 2016, solo hay unos pocos sistemas en los que se han medido las inclinaciones mutuas [33]. Un ejemplo es el sistema Upsilon Andromedae : los planetas, cyd, tienen una inclinación mutua de unos 30 grados. [34] [35]

Dinámica orbital [ editar ]

Los sistemas planetarios se pueden clasificar de acuerdo con su dinámica orbital como resonantes, no resonantes-interactuantes, jerárquicos o alguna combinación de estos. En los sistemas resonantes, los períodos orbitales de los planetas están en proporciones enteras. El sistema Kepler-223 contiene cuatro planetas en una resonancia orbital 8: 6: 4: 3 . [36] Los planetas gigantes se encuentran en resonancias de movimiento medio con más frecuencia que los planetas más pequeños. [37] En los sistemas que interactúan, las órbitas de los planetas están lo suficientemente cerca como para perturbar los parámetros orbitales. El Sistema Solar podría describirse como una interacción débil. En sistemas que interactúan fuertemente, las leyes de Kepler no se cumplen. [38]En los sistemas jerárquicos, los planetas están dispuestos de modo que el sistema pueda ser considerado gravitacionalmente como un sistema anidado de dos cuerpos, por ejemplo, en una estrella con un júpiter caliente cercano con otro gigante gaseoso mucho más lejos, la estrella y el júpiter caliente forman un par que aparece como un solo objeto a otro planeta que está lo suficientemente lejos.

Otras posibilidades orbitales, aún no observadas, incluyen: planetas dobles ; varios planetas coorbitales tales como cuasi-satélites, troyanos y órbitas de intercambio; y órbitas entrelazadas mantenidas por planos orbitales en precesión . [39]

  • Planetas binarios extrasolares I: Formación por captura de mareas durante la dispersión planeta-planeta , H. Ochiai, M. Nagasawa, S. Ida, 26 de junio de 2014
  • Interrupción de resonancias planetarias coorbitales (1: 1) durante la migración orbital impulsada por gas , Arnaud Pierens, Sean Raymond, 19 de mayo de 2014

Número de planetas, parámetros relativos y espaciamientos [ editar ]

Los espacios entre órbitas varían ampliamente entre los diferentes sistemas descubiertos por la nave espacial Kepler.
  • Sobre los tamaños relativos de los planetas dentro de los sistemas candidatos múltiples de Kepler , David R. Ciardi et al. 9 de diciembre de 2012
  • La dicotomía de Kepler entre las enanas M: la mitad de los sistemas contienen cinco o más planetas coplanares , Sarah Ballard, John Asher Johnson, 15 de octubre de 2014
  • Predicciones de exoplanetas basadas en la relación generalizada de Titius-Bode , Timothy Bovaird, Charles H. Lineweaver, 1 de agosto de 2013
  • El sistema solar y la excentricidad orbital del exoplaneta: relación de multiplicidad , Mary Anne Limbach, Edwin L.Turner, 9 de abril de 2014
  • Distribución de la relación de período de los sistemas multiplanetos candidatos de Kepler , Jason H. Steffen , Jason A. Hwang, 11 de septiembre de 2014
  • ¿Están los sistemas planetarios llenos a su capacidad? Un estudio basado en los resultados de Kepler , Julia Fang, Jean-Luc Margot, 28 de febrero de 2013

Captura de planetas [ editar ]

Los planetas que flotan libremente en cúmulos abiertos tienen velocidades similares a las de las estrellas, por lo que pueden ser recapturados. Por lo general son capturados en amplias órbitas entre 100 y 10 5 AU. La eficiencia de captura disminuye al aumentar el tamaño del clúster y, para un tamaño de clúster determinado, aumenta con la masa principal / del host. Es casi independiente de la masa planetaria. Los planetas individuales y múltiples podrían capturarse en órbitas arbitrarias no alineadas, no coplanares entre sí o con el giro del anfitrión estelar, o un sistema planetario preexistente. Es posible que todavía exista alguna correlación de la metalicidad planeta-anfitrión debido al origen común de las estrellas del mismo cúmulo. Es poco probable que los planetas sean capturados alrededor de estrellas de neutrones porque es probable que estos sean expulsados ​​del cúmulo por unpúlsar patada cuando se forman. Los planetas incluso podrían ser capturados alrededor de otros planetas para formar binarios planetarios que floten libremente. Después de que el cúmulo se haya dispersado, algunos de los planetas capturados con órbitas superiores a 10 6 AU serían interrumpidos lentamente por la marea galáctica y probablemente volverían a flotar libremente a través de encuentros con otras estrellas de campo o nubes moleculares gigantes . [40]

Zonas [ editar ]

Zona habitable [ editar ]

Ubicación de la zona habitable alrededor de diferentes tipos de estrellas.

La zona habitable alrededor de una estrella es la región donde la temperatura es la adecuada para permitir que exista agua líquida en un planeta; es decir, no demasiado cerca de la estrella para que el agua se evapore y no demasiado lejos de la estrella para que el agua se congele. El calor producido por las estrellas varía según el tamaño y la edad de la estrella, por lo que la zona habitable puede estar a diferentes distancias. Además, las condiciones atmosféricas del planeta influyen en la capacidad del planeta para retener el calor, por lo que la ubicación de la zona habitable también es específica para cada tipo de planeta.

Las zonas habitables generalmente se han definido en términos de temperatura superficial; sin embargo, más de la mitad de la biomasa de la Tierra proviene de microbios del subsuelo, [41] y la temperatura aumenta a medida que se profundiza, por lo que el subsuelo puede ser propicio para la vida cuando la superficie está congelada y, si se considera esto, la zona habitable se extiende mucho más de la estrella. [42]

Los estudios de 2013 indicaron una frecuencia estimada de 22 ± 8% de estrellas similares al Sol [a] que tienen un planeta del tamaño de la Tierra [b] en la zona habitable [c] . [43] [44]

Zona de Venus [ editar ]

La zona de Venus es la región alrededor de una estrella donde un planeta terrestre tendría condiciones de efecto invernadero desbocadas como Venus , pero no tan cerca de la estrella como para que la atmósfera se evapore por completo. Al igual que con la zona habitable, la ubicación de la zona de Venus depende de varios factores, incluido el tipo de estrella y las propiedades de los planetas, como la masa, la velocidad de rotación y las nubes atmosféricas. Los estudios de los datos de la nave Kepler indican que el 32% de las enanas rojas tienen potencialmente Venus, como los planetas en función del tamaño del planeta y la distancia de la estrella, el aumento de un 45% de tipo K y tipo G estrellas. [D]Se han identificado varios candidatos, pero se requieren estudios espectroscópicos de seguimiento de sus atmósferas para determinar si son como Venus. [45] [46]

Distribución galáctica de planetas [ editar ]

El 90% de los planetas con distancias conocidas se encuentran a unos 2000 años luz de la Tierra, en julio de 2014.

La Vía Láctea tiene 100.000 años luz de diámetro, pero el 90% de los planetas con distancias conocidas se encuentran a unos 2000 años luz de la Tierra, en julio de 2014. Un método que puede detectar planetas mucho más lejanos es la microlente . La nave espacial WFIRST podría usar microlentes para medir la frecuencia relativa de los planetas en el bulbo galáctico frente al disco galáctico . [47] Hasta ahora, hay indicios de que los planetas son más comunes en el disco que en la protuberancia. [48] Las estimaciones de la distancia de los eventos de microlentes son difíciles: el primer planeta considerado con alta probabilidad de estar en el bulto es MOA-2011-BLG-293Lba una distancia de 7,7 kiloparsecs (unos 25.000 años luz). [49]

La población I , o las estrellas ricas en metales , son aquellas estrellas jóvenes cuya metalicidad es más alta. La alta metalicidad de las estrellas de la población I hace que sea más probable que posean sistemas planetarios que las poblaciones más antiguas, porque los planetas se forman por la acumulación de metales. [ cita requerida ] El Sol es un ejemplo de una estrella rica en metales. Estos son comunes en los brazos espirales de la Vía Láctea . [ cita requerida ]Generalmente, las estrellas más jóvenes, la población extrema I, se encuentran más adentro y las estrellas de población intermedia I están más alejadas, etc. El Sol se considera una estrella de población intermedia I. Las estrellas de población I tienen órbitas elípticas regulares alrededor del Centro Galáctico , con una velocidad relativa baja . [50]

La población II , o estrellas pobres en metales , son aquellas con una metalicidad relativamente baja que pueden tener cientos (por ejemplo, BD + 17 ° 3248 ) o miles (por ejemplo, la estrella de Sneden ) de veces menos metalicidad que el Sol. Estos objetos se formaron durante una época anterior del universo. [ cita requerida ] Las estrellas de la población intermedia II son comunes en el bulbo cerca del centro de la Vía Láctea , [ cita requerida ] mientras que las estrellas de la población II que se encuentran en el halo galáctico son más antiguas y, por lo tanto, más pobres en metales. [ cita requerida ] Cúmulos globularestambién contienen un gran número de estrellas de población II. [51] En 2014 se anunciaron los primeros planetas alrededor de una estrella de halo alrededor de la estrella de Kapteyn , la estrella de halo más cercana a la Tierra, a unos 13 años luz de distancia. Sin embargo, investigaciones posteriores sugieren que Kapteyn b es solo un artefacto de la actividad estelar y que Kapteyn c necesita más estudios para ser confirmado. [52] Se estima que la metalicidad de la estrella de Kapteyn es aproximadamente 8 [e] veces menor que la del Sol. [53]

Los diferentes tipos de galaxias tienen diferentes historias de formación de estrellas y, por lo tanto, de formación de planetas . La formación de planetas se ve afectada por las edades, metalicidades y órbitas de las poblaciones estelares dentro de una galaxia. La distribución de las poblaciones estelares dentro de una galaxia varía entre los diferentes tipos de galaxias. [54] Las estrellas de las galaxias elípticas son mucho más antiguas que las de las galaxias espirales . La mayoría de las galaxias elípticas contienen principalmente estrellas de baja masa , con una mínima actividad de formación de estrellas . [55] La distribución de los diferentes tipos de galaxias en el universo depende de su ubicación dentrocúmulos de galaxias , con galaxias elípticas que se encuentran principalmente cerca de sus centros. [56]

Ver también [ editar ]

  • Disco protoplanetario
  • Lista de exoplanetas
  • Lista de sistemas multiplanetarios
  • Lista de estrellas anfitrionas exoplanetarias

Referencias [ editar ]

  1. ^ Para el propósito de este 1 en 5 estadística, "Sun-like" significa estrella de tipo G . Los datos de estrellas similares al Sol no estaban disponibles, por lo que esta estadística es una extrapolación de los datos sobre estrellas de tipo K
  2. ^ A los efectos de esta estadística de 1 de cada 5, el tamaño de la Tierra significa 1-2 radios terrestres
  3. ^ A los efectos de esta estadística de 1 en 5, "zona habitable" significa la región con 0,25 a 4 veces el flujo estelar de la Tierra (correspondiente a 0,5-2 AU para el Sol).
  4. ^ A los efectos de esto, tamaño terrestre significa 0,5-1,4 radios terrestres, la "zona de Venus" significa la región con aproximadamente 1 a 25 veces el flujo estelar de la Tierra para las estrellas de tipo M y K y aproximadamente 1,1 a 25 veces el flujo estelar de la Tierra. para estrellas tipo G.
  5. ^ Metalicidad de la estrella de Kapteyn estimada en [Fe / H] = −0,89. 10 −0,89 ≈ 1/8
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Lectura adicional [ editar ]

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  • Firmas de planetas exosolares en discos de escombros de polvo , Leonid M. Ozernoy, Nick N. Gorkavyi, John C. Mather, Tanya Taidakova, 4 de julio de 2000