Siete planetas del tamaño de la Tierra orbitan alrededor de la estrella TRAPPIST-1 en armonía casi perfecta, y un nuevo estudio determina esto ese tramo limita la llegada tardía del agua a estos mundos.

“Tras la formación de los planetas rocosos, hay cosas que chocan con ellos – explica el astrofísico Sean Raymond, de la Universidad de Burdeos (Francia) -. llamado bombardeo o acreción tardía, y nos preocupamos, en parte, porque estos impactos pueden ser una fuente importante de agua y elementos volátiles que sustentan la vida “.

En su nuevo estudio, publicado en línea en la revista ‘Nature Astronomy’, Raymond y sus colegas del proyecto CLEVER Planets, financiado por la NASA, la Universidad Rice y otras siete instituciones en los Estados Unidos, utilizaron un modelo informático de la fase de bombardeo de la formación planetaria TRAPPIST-1. para explorar los impactos que sus planetas podrían haber soportado sin estar fuera de armonía.
Descifrar la historia del impacto de los planetas es difícil en nuestro sistema solar y podría parecer una tarea imposible en sistemas a años luz de distanciaNotas de Raimondo.

“En la Tierra, podemos medir ciertos tipos de elementos y compararlos con meteoritos -explica en nota de prensa-. Esto es lo que hacemos para tratar de averiguar cuántas cosas se estrellaron en la Tierra después de que se formó en su mayor parte “.

Pero esas herramientas no existen para estudiar el bombardeo de exoplanetas. “Nunca obtendremos rocas de ellos”, dice. “Nunca veremos cráteres dentro de 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 frío que nuestro sol. Sus planetas se nombran alfabéticamente por bah en orden de distancia a la estrella. El tiempo que lleva completar una órbita alrededor de la estrella, equivalente a un año en la Tierra. es 1,5 días en el planeta by 19 días en el planeta h.

Sorprendentemente, sus períodos orbitales forman relaciones casi perfectas, un arreglo resonante que recuerda a notas musicales armoniosas. Por ejemplo, por cada ocho “años” en el planeta b, cinco gastan en el planeta c, tres en el planeta d, dos en el planeta e, etc.

“No podemos decir exactamente cuántas cosas se estrellaron en uno de estos planetas, pero debido a esta configuración de resonancia especial, podemos poner un límite superior – explica Raymond -. Podemos decir: ‘No podría haber sido más que eso . Y resulta que el límite superior es bastante pequeño “.

Descubrimos que después de que se formaran estos planetas, no fueron bombardeados con más que un número muy pequeño de cosas. Es fantastico. 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 la de TRAPPIST-1 se forman a medida que 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 señala que se cree que las cadenas resonantes como TRAPPIST-1 deben establecerse antes de que sus discos desaparezcan.

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

CLEVER Planets, dirigido por el coautor del estudio Rajdeep Dasgupta y el profesor de ciencia de sistemas terrestres Maurice Ewing en Rice, está explorando formas en las 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 importante de los elementos volátiles de la Tierra provienen 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 mucho gas del disco”, dice Dasgupta. vida a través de los bombardeos tardíos. “

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

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

“En el caso del sistema TRAPPIST-1, tenemos estos planetas de masa terrestre que se formaron temprano”, continúa. “Así que una diferencia potencial, en comparación con la formación de la Tierra, es que pueden tener algo de atmósfera de hidrógeno desde el principio y nunca experimentaron un impacto gigante tarde”. Y esto podría cambiar enormemente la evolución en cuanto al interior del planeta, desgasificación, pérdida de aves y otras cosas que tienen implicaciones para la habitabilidad ”.

Raymond señala que el estudio de esta semana tiene implicaciones no solo para el estudio de otros sistemas planetarios resonantes, pero para sistemas de exoplanetas mucho más comunes que se creía que se originaron 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 del disco de gas y, por lo tanto, tuvieron una fase tardía de colisiones”, dice Raymond. Pero durante esa etapa inicial, donde estaban migrando hacia adentro, creemos que más o menos, tal vez universalmente, tuvieron una etapa en la que eran estructuras de cadena resonantes como TRAPPIST-1. Simplemente no sobrevivieron y terminaron volviéndose inestables más adelante “.

Izidoro agrega que una de las mayores contribuciones del estudio podría llegar dentro de unos años, después de que el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, el Telescopio Extremadamente Grande del Observatorio del Sur de Europa y otros instrumentos permitan a los astrónomos observar directamente las atmósferas de los exoplanetas.

“Hoy tenemos algunas limitaciones en la composición de estos planetas, como la cantidad de agua que pueden tener -comenta 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 interna de los exoplanetas, y conocer la historia del bombardeo tardío de planetas resonantes podría ser de gran ayuda.

“Por ejemplo, si uno de estos planetas tiene mucha agua, digamos una fracción de masa del 20 por ciento, el agua debe haberse incorporado a los planetas en una etapa temprana, durante la fase gaseosa”, dice. “Así que tienes que entender. Qué tipo de proceso podría traer esta agua a este planeta”.

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