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La armonía orbital limita la llegada tardía del agua a los planetas TRAPPIST-1

by notiulti

Una ilustración que muestra cómo se vería el sistema TRAPPIST-1 desde un punto de vista cercano al planeta TRAPPIST-1f (derecha). Crédito: NASA / JPL-Caltech

Siete planetas del tamaño de la Tierra orbitan alrededor de la estrella TRAPPIST-1 en una armonía casi perfecta, y los investigadores estadounidenses y europeos han utilizado esa armonía para determinar cuánto abuso físico podrían haber resistido los planetas en su infancia.


“Después planetas rocosos forma, las cosas chocan contra ellos “, dijo el astrofísico Sean Raymond de la Universidad de Burdeos en Francia.” Se llama bombardeo, o acreción tardía, y nos importa, en parte, porque estos impactos pueden ser una fuente importante de agua y elementos volátiles que fomentan la vida “.

En un estudio disponible en línea hoy en Astronomía de la naturaleza, Raymond y sus colegas de la Universidad de Rice, financiada por la NASA. Planetas inteligentes proyecto y otras siete instituciones utilizaron un modelo informático de la fase de bombardeo de la formación planetaria en TRAPPIST-1 para explorar los impactos de su planetas podría haber resistido sin perder la armonía.

Descifrar la historia del impacto de los planetas es difícil en nuestro sistema solar y podría parecer una tarea desesperada en sistemas a años luz de distancia, dijo Raymond.

“En la Tierra, podemos medir ciertos tipos de elementos y compararlos con meteoritos”, dijo Raymond. “Eso es lo que hacemos para tratar de averiguar cuántas cosas se estrellaron contra la Tierra después de que se formó en su mayor parte”.

Pero esas herramientas no existen para estudiar el bombardeo en exoplanetas.

“Nunca obtendremos piedras de ellos”, dijo. “Nunca veremos cráteres en ellos. Entonces, ¿qué podemos hacer? Aquí es donde entra en juego la configuración orbital especial de TRAPPIST-1. Es una especie de palanca que podemos tirar para poner límites a esto”.

TRAPPIST-1, a unos 40 años luz de distancia, es mucho más pequeño y más frío que nuestro sol. Sus planetas se nombran alfabéticamente de b a h en orden de su distancia a la estrella. El tiempo necesario para completar una órbita alrededor de la estrella, equivalente a un año en la Tierra, es de 1,5 días en el planeta by 19 días en el planeta h. Sorprendentemente, su los períodos orbitales forman proporciones casi perfectas, un arreglo resonante que recuerda a notas musicales armoniosas. Por ejemplo, por cada ocho “años” en el planeta b, cinco pasan en el planeta c, tres en el planeta d, dos en el planeta e, etc.

“No podemos decir exactamente cuántas cosas chocaron contra cualquiera de estos planetas, pero debido a esta configuración resonante especial, podemos ponerle un límite superior”, dijo Raymond. “Podemos decir, ‘No puede haber sido más que esto’. Y resulta que ese límite superior es bastante pequeño.

“Descubrimos que después de la formación de estos planetas, no fueron bombardeados por más de una pequeña cantidad de cosas”, dijo. “Eso es algo genial. Es una información interesante cuando pensamos en otros aspectos de los planetas del sistema”.

Los planetas crecen dentro de discos protoplanetarios de gas y polvo alrededor de estrellas recién formadas. Estos discos solo duran unos pocos millones de años, y Raymond dijo que investigaciones anteriores han demostrado que las cadenas resonantes de planetas como TRAPPIST-1 se forman cuando los planetas jóvenes migran más cerca de su estrella antes de que el disco desaparezca. Los modelos informáticos han demostrado que los discos pueden guiar a los planetas hacia la resonancia. Raymond dijo que se cree que las cadenas resonantes como TRAPPIST-1 deben configurarse antes de que sus discos desaparezcan.

El resultado es que los planetas de TRAPPIST-1 se formaron rápidamente, en aproximadamente una décima parte del tiempo que tardó la Tierra en formarse, dijo el coautor del estudio de Rice, Andre Izidoro, astrofísico y becario postdoctoral de CLEVER Planets.

CLEVER Planets, dirigido por el coautor del estudio Rajdeep Dasgupta, profesor Maurice Ewing de Ciencias de los Sistemas Terrestres en Rice, está explorando las formas en que los planetas podrían adquirir los elementos necesarios para sustentar la vida. En estudios anteriores, Dasgupta y sus colegas de CLEVER Planets han demostrado que una parte significativa de la Tierra Los elementos volátiles vinieron del impacto. que formó la luna.

“Si un planeta se forma temprano y es demasiado pequeño, como la masa de la Luna o Marte, no puede acumular una gran cantidad de gas del disco”, dijo Dasgupta. “Un planeta así también tiene muchas menos oportunidades de obtener elementos volátiles esenciales para la vida a través de bombardeos tardíos”.

Izidoro dijo que ese habría sido el caso de la Tierra, que ganó la mayor parte de su masa relativamente tarde, incluido alrededor del 1% de los impactos después de la colisión que formó la luna.

“Sabemos que la Tierra tuvo al menos un impacto gigante después de que desapareció el gas (en el disco protoplanetario)”, dijo. “Ese fue el evento de formación de la luna.

“Para el sistema TRAPPIST-1, tenemos estos planetas de masa terrestre que se formaron temprano”, dijo. “Así que una diferencia potencial, en comparación con la formación de la Tierra, es que podrían tener, desde el principio, algo de atmósfera de hidrógeno y nunca haber experimentado un impacto gigante tardío. Y esto podría cambiar gran parte de la evolución en términos del interior de la Tierra. planeta, desgasificación, pérdida volátil y otras cosas que tienen implicaciones para la habitabilidad “.

Raymond dijo que el estudio de esta semana tiene implicaciones no solo para el estudio de otros sistemas planetarios resonantes, sino también para sistemas de exoplanetas mucho más comunes que se creía que habían comenzado como sistemas resonantes.

“Las supertierras y subneptunas son muy abundantes alrededor de otras estrellas, y la idea predominante es que migraron hacia adentro durante esa fase de disco de gas y luego posiblemente tuvieron una fase tardía de colisiones”, dijo Raymond. “Pero durante esa fase inicial, en la que estaban migrando hacia adentro, creemos que prácticamente, tal vez universalmente, tuvieron una fase en la que eran estructuras de cadena resonantes como TRAPPIST-1. Simplemente no sobrevivieron. Terminaron volviéndose inestables más tarde sobre.”

Izidoro dijo que una de las principales contribuciones del estudio podría llegar dentro de años, después de que la NASA Telescopio espacial James Webb, el Observatorio Europeo Austral Telescopio extremadamente grande y otros instrumentos permiten a los astrónomos observar directamente atmósferas de exoplanetas.

“Hoy tenemos algunas limitaciones en la composición de estos planetas, como la cantidad de agua que pueden tener”, dijo Izidoro sobre los planetas que se forman en una fase de migración resonante. “Pero tenemos barras de error muy grandes”.

En el futuro, las observaciones limitarán mejor la composición interior de los exoplanetas, y conocer la historia del bombardeo tardío de los planetas resonantes podría ser extremadamente útil.

“Por ejemplo, si uno de estos planetas tiene mucha agua, digamos una fracción de masa del 20%, el agua debe haberse incorporado a los planetas temprano, durante la fase gaseosa”, dijo. “Así que tendrás que entender qué tipo de proceso podría traer esta agua a este planeta”.

Otros coautores del estudio incluyen a Emeline Bolmont y Martin Turbet de la Universidad de Ginebra, Caroline Dorn de la Universidad de Zúrich, Franck Selsis de la Universidad de Burdeos, Eric Agol de la Universidad de Washington, Patrick Barth de la Universidad de St. Andrews , Ludmila Carone del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania, Michael Gillon de la Universidad de Lieja y Simon Grimm de la Universidad de Berna.


La planitud orbital de los sistemas planetarios.


Más información:
Sean Raymond, Un límite superior en la acreción tardía y la entrega de agua en el sistema de exoplanetas TRAPPIST-1, Astronomía de la naturaleza (2021). DOI: 10.1038 / s41550-021-01518-6. www.nature.com/articles/s41550-021-01518-6

Proporcionado por
Universidad de Rice

Citación: La armonía orbital limita la llegada tardía del agua a los planetas TRAPPIST-1 (2021, 25 de noviembre) recuperado el 25 de noviembre de 2021 de https://phys.org/news/2021-11-orbital-harmony-limits-late-trappist-.html

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