En el Universo existen innumerables sistemas planetarios con características diferentes. Por eso, un grupo de científicos decidió clasificarlos por tipos teniendo en cuenta su conformación.

Investigadores de las Universidades de Berna y Ginebra, así como del Centro Nacional de Competencia en Investigación PlanetS, demostraron por primera vez que, en realidad, existen cuatro tipos de sistemas planetarios.

“Hace más de una década, los astrónomos se dieron cuenta, basándose en las observaciones realizadas con el entonces revolucionario telescopio Kepler, de que los planetas de otros sistemas solían parecerse a sus respectivos vecinos en tamaño y masa, como guisantes en una vaina”, explica a Metro Lokesh Mishra, investigador de las universidades de Berna y Ginebra, así como del NCCR PlanetS.

Pero durante mucho tiempo no estuvo claro si este hallazgo se debía a las limitaciones de los métodos de observación.

“No era posible determinar si los planetas de cada sistema eran lo bastante parecidos como para pertenecer a la clase de ‘guisantes de la misma vaina’ o si, por el contrario, eran bastante diferentes, como en nuestro sistema solar”, añadió Mishra.

Los científicos desarrollaron un marco para determinar las diferencias y similitudes entre planetas de los mismos sistemas. Y al hacerlo, descubrieron que no hay dos, sino cuatro arquitecturas de sistemas de este tipo.

“Llamamos a estas cuatro clases ‘similares’, ‘ordenadas’, ‘antiordenadas’ y ‘mixtas’”, dijo Mishra.

Los sistemas planetarios en los que las masas de los planetas vecinos son similares entre sí tienen una arquitectura similar. Los sistemas planetarios ordenados son aquellos en los que la masa de los planetas tiende a aumentar con la distancia a la estrella, como en nuestro sistema solar. Si, por el contrario, la masa de los planetas disminuye aproximadamente con la distancia respecto a la estrella, los investigadores hablan de una arquitectura antiordenada. Mientras que las arquitecturas mixtas se dan cuando las masas planetarias de un sistema varían mucho de un planeta a otro.

Pero, ¿qué arquitectura planetaria es la más común?

“Nuestros resultados muestran que los sistemas planetarios ‘similares’ son el tipo de arquitectura más común. Alrededor de ocho de cada diez sistemas planetarios alrededor de estrellas visibles en el cielo nocturno la tienen”, comentó Mishra.

Lo que sorprendió al equipo fue que la arquitectura “ordenada” -la que también incluye nuestro sistema solar- resultó ser la más rara.

Según Mishra, hay indicios de que tanto la masa del disco de gas y polvo del que surgen los planetas como la abundancia de elementos pesados en la estrella respectiva desempeñan un papel. Por ejemplo, los discos más bien pequeños y de poca masa y las estrellas con pocos elementos pesados dan lugar a sistemas planetarios “similares”. Mientras que los discos grandes y masivos con muchos elementos pesados en la estrella dan lugar a sistemas más ordenados y antiordenados. Los sistemas mixtos surgen de discos de tamaño medio.

“Un aspecto destacable de estos resultados es que vincula las condiciones iniciales de la formación planetaria y estelar a una propiedad medible: la arquitectura del sistema. En medio se encuentran miles de millones de años de evolución. Por primera vez, hemos conseguido salvar esta enorme brecha temporal y hacer predicciones comprobables. Será emocionante ver si se mantienen”, concluyó Yann Alibert, profesor de Ciencias Planetarias de la Universidad de Berna y del NCCR Planet.

“Ahora, por primera vez, disponemos de una herramienta para estudiar los sistemas planetarios en su conjunto y compararlos con otros sistemas”.

—  Yann Alibert, profesor de Ciencias Planetarias de la Universidad de Berna y del NCCR Planet.

¿Cómo es nuestro sistema planetario?

-Nuestro sistema está clasificado como “ordenado”.

-Los sistemas planetarios ordenados son aquellos en los que la masa de los planetas tiende a aumentar con la distancia a la estrella.

-En nuestro sistema solar, todo parece estar en orden: los planetas rocosos más pequeños, como Venus, la Tierra o Marte, orbitan relativamente cerca de nuestra estrella.

-En cambio, los grandes gigantes de gas y hielo, como Júpiter, Saturno o Neptuno, se mueven en amplias órbitas alrededor del Sol.

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tipos de sistemas solares existen en el Universo, según la nueva clasificación.

Entrevista

Lokesh Mishra

autor principal e investigador de la Universidad de Berna y Ginebra, así como del NCCR PlanetS

P: ¿Por qué decidió hacer una nueva clasificación de los sistemas planetarios?

- Hubo varias líneas de razonamiento independientes que confluyeron y me llevaron a proponer el sistema de clasificación. En primer lugar, sentía una curiosidad intrínseca por saber si la naturaleza produce múltiples tipos de sistemas planetarios. Esta curiosidad surgió porque las observaciones encontraron ejemplos diversos e inesperados de arquitecturas de sistemas planetarios. Además, la naturaleza parece seguir patrones, y yo tenía curiosidad por saber si existe un patrón en la arquitectura de los sistemas planetarios. En segundo lugar, me interesaba saber cómo se podía estudiar matemáticamente un sistema planetario entero como una unidad de un sistema físico. Un sistema planetario, como un átomo, por ejemplo, está formado por múltiples cuerpos. Un átomo muestra nuevas propiedades que son diferentes de las propiedades de las partículas que lo forman. Tenía curiosidad por saber si esto también se aplica a los sistemas planetarios. En tercer lugar, las observaciones sugieren que la mayoría de los sistemas exoplanetarios tienen planetas de tamaños similares, como “guisantes en una vaina”. Pero esto contrasta completamente con nuestro propio sistema solar, que tiene planetas pequeños en la región interior y planetas masivos en la región exterior. ¿Cómo conciliar estos dos hechos?

Estas líneas de razonamiento culminaron en el sistema de clasificación.

P: ¿Cómo definiría un sistema planetario?

- En el marco de la clasificación, la definición es sencilla: un sistema planetario es un sistema de planetas en órbita alrededor de una estrella. Esta definición ignora los cuerpos de masa pequeña, cometas, asteroides, lunas, etc. Actualmente estoy investigando cómo podría ampliarse el sistema de clasificación para incluir sistemas planetarios alrededor de estrellas binarias.

P: ¿En qué características se basa su clasificación?

- El marco de clasificación utiliza dos coeficientes a nivel de sistema para definir un nuevo espacio de parámetros “Espacio de Arquitectura”: “coeficiente de similitud” (Cs) y “coeficiente de variación” (Cv). Podemos utilizar cualquier característica planetaria para calcular los coeficientes de arquitectura del sistema. Por ejemplo, si utilizamos las masas planetarias, los coeficientes nos informan sobre la disposición y distribución de las masas planetarias en el sistema. También podemos utilizar radios planetarios y entonces los coeficientes nos informan sobre la arquitectura de radios del sistema. En nuestro trabajo estudiamos cómo influye la arquitectura de masas de los sistemas planetarios en la arquitectura de radios y en la arquitectura de composición interna del sistema, además de cómo se forma cada arquitectura y si pueden albergar mundos habitables.

P: ¿Por qué considera que nuestro sistema solar es único?

- Los modelos actuales de formación de planetas sugieren que la formación de un sistema planetario con una arquitectura “ordenada” de masas es poco frecuente. No sólo se necesitan discos de gran masa, sino también grandes cantidades de interacciones gravitatorias dinámicas, como empujes y tirones entre planetas jóvenes en formación para crear una arquitectura ordenada. En nuestras simulaciones, no muchos sistemas mostraron este comportamiento, lo que nos llevó a concluir que las arquitecturas ordenadas son raras. A continuación, observamos cuántos de los sistemas ordenados simulados albergaban planetas potencialmente habitables. No pudimos encontrar muchos sistemas de este tipo, lo que sugiere que el sistema solar es único.