Astrónomos demuestran por primera vez que hay cuatro clases de sistemas planetarios

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.

En dos estudios publicados en la revista científica Astronomy & Astrophysics, investigadores de las Universidades de Berna y Ginebra y del Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) PlanetS demuestran que nuestro sistema planetario es bastante singular en este sentido.

«Hace más de una década, los astrónomos observaron, gracias al innovador telescopio Kepler, que los planetas de otros sistemas suelen parecerse a sus vecinos en tamaño y masa, como guisantes en una vaina», explica en un comunicado Lokesh Mishra, autor principal del estudio e 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 los 'guisantes de la misma vaina' o si, por el contrario, eran bastante diferentes, como en nuestro sistema solar», explica Mishra.

Por ello, el investigador desarrolló un marco para determinar las diferencias y similitudes entre planetas de los mismos sistemas. Y al hacerlo, descubrió que no hay dos, sino cuatro arquitecturas de sistemas de este tipo.

«Llamamos a estas cuatro clases 'similares', 'ordenados', 'anti-ordenados' y 'mixtos'», dice 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 a la estrella, los investigadores hablan de una arquitectura antiordenada del sistema. Y se producen arquitecturas mixtas, cuando las masas planetarias de un sistema varían mucho de un planeta a otro.

«Este marco también puede aplicarse a cualquier otra medida, como el radio, la densidad o las fracciones de agua», afirma Yann Alibert, coautor del estudio y catedrático de Ciencias Planetarias de la Universidad de Berna y del NCCR PlanetS. «Ahora, por primera vez, disponemos de una herramienta para estudiar los sistemas planetarios en su conjunto y compararlos con otros sistemas».

Los hallazgos también plantean preguntas: ¿Qué arquitectura es la más común? ¿Qué factores controlan la aparición de un tipo de arquitectura? ¿Qué factores no influyen? Los investigadores pueden responder a algunas de ellas.

«Nuestros resultados muestran que los sistemas planetarios 'similares' son el tipo más común de arquitectura. Alrededor de ocho de cada diez sistemas planetarios alrededor de estrellas visibles en el cielo nocturno tienen una arquitectura 'similar'», afirma Mishra. «Esto también explica por qué se encontraron pruebas de esta arquitectura en los primeros meses de la misión Kepler». Lo que sorprendió al equipo fue que la arquitectura «ordenada» -la que también incluye el sistema solar- parece ser la clase más rara.

Según Mishra, hay indicios de que tanto la masa del disco de gas y polvo del que emergen los planetas como la abundancia de elementos pesados en la estrella respectiva desempeñan un papel. «De discos más bien pequeños, de poca masa, y de estrellas con pocos elementos pesados surgen sistemas planetarios 'similares'. Los discos grandes y masivos con muchos elementos pesados en la estrella dan lugar a sistemas más ordenados y antiordenados. De los discos de tamaño medio surgen sistemas mixtos. Las interacciones dinámicas entre planetas -como colisiones o eyecciones- influyen en la arquitectura final», explica Mishra.

«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. Entre una y otra median miles de millones de años de evolución. Por primera vez, hemos conseguido salvar esta enorme brecha temporal y hacer predicciones comprobables. Será apasionante comprobar si se cumplen», concluye Alibert