Un nuevo hallazgo orbital revela cómo se formaron los Júpiter calientes

Los llamados Júpiter calientes, exoplanetas gigantes que orbitan muy cerca de sus estrellas, han sido considerados durante mucho tiempo como una rareza cósmica. Sin embargo, entender cómo estos planetas lograron acercarse tanto a sus estrellas ha sido un enigma persistente en la astronomía. Durante años, los científicos debatieron si estos gigantes fueron lanzados violentamente hacia el interior de sus sistemas estelares o si, por el contrario, se desplazaron de manera más tranquila a través de los discos de formación planetaria. Un nuevo enfoque desarrollado por investigadores de la Universidad de Tokio ha comenzado a desentrañar este misterio, utilizando la duración del proceso de circularización orbital como un diagnóstico.

El primer exoplaneta confirmado en 1995 resultó ser un "Júpiter caliente", un mundo gigante similar en masa a Júpiter, pero que orbita su estrella en solo unos pocos días. Los científicos ahora creen que estos planetas se formaron originalmente lejos de sus estrellas anfitrionas, de manera similar a como se formó Júpiter en nuestro propio Sistema Solar, y luego se trasladaron hacia el interior. Se han propuesto dos explicaciones principales para describir cómo ocurre este desplazamiento: (1) la migración de alta excentricidad, donde las interacciones gravitacionales con otros objetos estiran la órbita del planeta antes de que las fuerzas de marea cerca de la estrella finalmente la hagan más circular; y (2) la migración en disco, donde el planeta se desplaza lentamente hacia el interior mientras aún está inmerso en el disco protoplanetario circundante.

Determinar cuál de estas dos rutas siguió un Júpiter caliente específico ha sido un desafío. La migración de alta excentricidad puede inclinar el eje orbital de un planeta en comparación con el eje de rotación de su estrella, creando un desajuste detectable. Sin embargo, las fuerzas de marea cerca de la estrella pueden borrar gradualmente ese desajuste con el tiempo. Debido a que una órbita alineada podría resultar de cualquiera de los dos procesos, los astrónomos carecían de una forma confiable de identificar los planetas que se formaron a través de la migración en disco.

Una nueva estrategia basada en los tiempos de migración

Para superar este problema, un equipo liderado por el estudiante de doctorado Yugo Kawai y el profesor asistente Akihiko Fukui en la Escuela de Graduados de Artes y Ciencias de la Universidad de Tokio, introdujo un nuevo método que se centra en el tiempo necesario para que ocurra la migración de alta excentricidad.

En este escenario de migración, un planeta sigue primero un camino altamente estirado antes de que su órbita se vuelva circular nuevamente a medida que se acerca repetidamente a su estrella. El tiempo necesario para esta circularización depende de varios factores, incluyendo la masa del planeta, las características orbitales y las fuerzas de marea. Para que un Júpiter caliente se haya formado a través de la migración de alta excentricidad, este tiempo de circularización debe ser más corto que la edad de su sistema planetario. Tras calcular los tiempos de circularización para más de 500 Júpiter calientes conocidos, los investigadores encontraron alrededor de 30 planetas que no cumplían con este requisito. Estos planetas tienen órbitas circulares a pesar de que sus tiempos de circularización calculados superan las edades de sus sistemas.

Pruebas que respaldan la migración en disco

Los Júpiter calientes de este grupo también coinciden con otras expectativas para los planetas que se trasladaron hacia el interior dentro de un disco. Sus órbitas no muestran signos de desajuste, lo que sugiere que su movimiento hacia la estrella fue suave en lugar de estar fuertemente influenciado por interacciones gravitacionales disruptivas. Varios de estos planetas también forman parte de sistemas de múltiples planetas, una configuración que la migración de alta excentricidad tiende a interrumpir, ya que ese proceso puede dispersar o expulsar a los planetas vecinos.

Mirando hacia el futuro

Encontrar planetas que retengan pruebas claras de cómo migraron es esencial para reconstruir la historia de los sistemas planetarios. Estudios futuros de sus atmósferas y composiciones elementales pueden señalar las regiones del disco donde se formaron originalmente, ofreciendo una comprensión más profunda sobre los orígenes y la evolución de los Júpiter calientes.