Nuevas simulaciones muestran que el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA podrá revelar innumerables exoplanetas errantes, cuerpos que flotan libremente a través de nuestra galaxia sin orbitar a una estrella. El estudio de estos mundos insulares ayudará a comprender más sobre cómo se forman, evolucionan y se separan los sistemas planetarios.
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Los astrónomos descubrieron planetas más allá de nuestro sistema solar, conocidos como exoplanetas, en la década de 1990. Rápidamente pasamos de conocer solo nuestro propio sistema planetario a darnos cuenta de que los planetas probablemente superan en número a los cientos de miles de millones de estrellas en nuestra galaxia. Ahora, un equipo de científicos está encontrando formas de mejorar nuestra comprensión de la demografía del planeta mediante la búsqueda de mundos deshonestos.
“A medida que nuestra visión del universo se ha expandido, nos hemos dado cuenta de que nuestro sistema solar puede ser inusual”, dijo Samson Johnson, un estudiante graduado de la Universidad Estatal de Ohio en Columbus que dirigió el esfuerzo de investigación.
“Roman nos ayudará a aprender más sobre cómo encajamos en el esquema cósmico de las cosas mediante el estudio de planetas deshonestos” concluye el científico.
Los hallazgos, publicados en el Astronomical Journal, se centran en la capacidad del Telescopio Espacial Romano para localizar y caracterizar planetas aislados. Los astrónomos solo han descubierto tentativamente algunos de estos mundos nómadas hasta ahora porque son muy difíciles de detectar.
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Encontrar nómadas galácticos
Roman encontrará planetas errantes realizando una gran encuesta de microlentes. La lente gravitacional es un efecto observacional que ocurre porque la presencia de masa deforma el tejido del espacio-tiempo. El efecto es extremo alrededor de objetos muy masivos, como agujeros negros y galaxias enteras. Incluso los planetas solitarios causan un grado detectable de deformación, llamado microlente.
Esta animación muestra cómo la microlente gravitacional puede revelar planetas errantes. Cuando un planeta rebelde invisible pasa frente a una estrella más distante desde nuestro punto de vista, la luz de la estrella se dobla a medida que pasa a través del espacio-tiempo deformado alrededor del planeta. El planeta actúa como una lupa cósmica, amplificando el brillo de la estrella de fondo.
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Si un planeta rebelde se alinea estrechamente con una estrella más distante desde nuestro punto de vista, la luz de la estrella se doblará a medida que viaja a través del espacio-tiempo curvo alrededor del planeta. El resultado es que el planeta actúa como una lupa natural, amplificando la luz de la estrella de fondo. Los astrónomos ven el efecto como un pico en el brillo de la estrella a medida que la estrella y el planeta se alinean. Medir cómo cambia el pico con el tiempo revela pistas sobre la masa del planeta rebelde.
“La señal de microlente de un planeta errante solo dura entre unas pocas horas y un par de días y luego desaparece para siempre”, dijo el coautor Matthew Penny, profesor asistente de física y astronomía en la Universidad Estatal de Louisiana en Baton Rouge. “Esto los hace difíciles de observar desde la Tierra, incluso con múltiples telescopios. Roman es un cambio de juego para las búsquedas de planetas deshonestos”.
La microlente ofrece la mejor manera de buscar sistemáticamente planetas deshonestos, especialmente aquellos con masas bajas. No brillan como las estrellas y a menudo son objetos muy fríos, emitiendo muy poco calor para que los telescopios infrarrojos los vean. Estos mundos vagabundos son esencialmente invisibles, pero Roman los descubrirá indirectamente gracias a sus efectos gravitacionales sobre la luz de estrellas más distantes.
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Lecciones de náufragos cósmicos
Johnson y sus coautores demostraron que Roman podrá detectar planetas errantes con masas tan pequeñas como Marte. El estudio de estos planetas ayudará a reducir los modelos competitivos de formación planetaria.
El proceso de construcción del planeta puede ser caótico, ya que los objetos más pequeños chocan entre sí y, a veces, se adhieren para formar cuerpos más grandes. Es similar a usar un pedazo de plastilina para recoger otras piezas. Pero ocasionalmente las colisiones y los encuentros cercanos pueden ser tan violentos que arrojan a un planeta fuera del control gravitacional de su estrella madre. A menos que logre arrastrar una luna junto con ella, el mundo recién huérfano está condenado a vagar solo por la galaxia.
Esta ilustración muestra un planeta rebelde a la deriva a través de la galaxia solo. Créditos: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (Caltech-IPAC)
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Los planetas errantes también pueden formarse aislados de las nubes de gas y polvo, de manera similar a cómo crecen las estrellas. Una pequeña nube de gas y polvo podría colapsar para formar un planeta central en lugar de una estrella, con lunas en lugar de planetas que lo rodean.
Roman probará modelos de formación y evolución planetaria que predicen diferentes números de estos mundos aislados. Determinar la abundancia y las masas de planetas erranted ofrecerá una visión de la física que impulsa su formación. El equipo de investigación descubrió que la misión proporcionará un recuento de planetas errantes que es al menos 10 veces más preciso que las estimaciones actuales, que van desde decenas de miles de millones a billones en nuestra galaxia. Estas estimaciones provienen principalmente de observaciones realizadas por telescopios terrestres.
Dado que Roman observará por encima de la atmósfera, a casi un millón de millas de distancia de la Tierra en la dirección opuesta al Sol, producirá resultados de microlente muy superiores. Además de proporcionar una vista más nítida, la perspectiva de Roman le permitirá mirar el mismo parche de cielo continuamente durante meses a la vez. Johnson y sus colegas mostraron que la encuesta de microlentes de Roman detectará cientos de planetas errantes, a pesar de que buscará solo una franja relativamente estrecha de la galaxia.
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Parte del estudio consistió en determinar cómo analizar los datos futuros de la misión para obtener un censo más preciso. Los científicos podrán extrapolar el recuento de planetas errantes de Roman para estimar qué tan comunes son estos objetos en toda la galaxia.
“El universo podría estar repleto de planetas errantes y ni siquiera lo sabríamos”, dijo Scott Gaudi, profesor de astronomía en la Universidad Estatal de Ohio y coautor del artículo. “Nunca lo descubriríamos sin llevar a cabo una encuesta exhaustiva de microlente basada en el espacio como lo va a hacer Roman”.
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