En nuestro sistema planetario, todo parece estar en orden: los planetas rocosos más pequeños, como Venus, la Tierra o Marte, orbitan relativamente cerca de nuestra estrella. Los grandes gigantes de gas y hielo, como Júpiter, Saturno o Neptuno, por otro lado, se mueven en amplias órbitas alrededor del Sol.
En dos estudios que aparecen en Astronomy & Astrophysics (y parte II), investigadores de las universidades de Berna y Ginebra, así como del Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) PlanetS, demuestran que nuestro sistema planetario es único en este sentido.
«Hace más de una década, los astrónomos notaron, basándose en observaciones con el entonces innovador telescopio Kepler, que los planetas en otros sistemas generalmente se parecen a sus respectivos vecinos en tamaño y masa, como guisantes en una vaina«, recuerda Lokesh Mishra, autor principal del estudio.
Pero durante mucho tiempo no estuvo claro si este hallazgo se debía a las limitaciones de los métodos de observación. «No fue posible determinar si los planetas en cualquier sistema individual eran lo suficientemente similares como para caer en la clase de los sistemas de guisantes en una vaina, o si eran bastante diferentes, al igual que en nuestro sistema solar», matiza.
Así, este 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 sistema planetario.
Cuatro tipos de sistema planetario
“Llamamos a estas cuatro clases similares, ordenados, anti-ordenados y mixtos”, explica Mishra. Los sistemas planetarios en los que las masas de los planetas vecinos son similares entre sí, tienen una arquitectura parecida.
Los ordenados son aquellos en los que la masa de los planetas tiende a aumentar con la distancia a la estrella, al igual que en nuestro Sistema Solar. Si, por el contrario, la masa de los planetas disminuye aproximadamente con la distancia a la estrella, los investigadores contemplan 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 se puede aplicar a cualquier otra medida, como el radio, la densidad o las fracciones de agua», puntualiza Yann Alibert, profesor de Ciencias Planetarias en la Universidad de Berna y NCCR PlanetS. “Ahora, por primera vez, tenemos una herramienta para estudiar los sistemas planetarios en su conjunto y compararlos con otros”, destaca.
Los hallazgos también plantean una serie de preguntas como, por ejemplo: ¿Qué arquitectura es la más común? ¿Qué factores controlan el surgimiento de un tipo de arquitectura? ¿Qué factores no juegan un papel?
Predicciones comprobables
Para Mishra, “nuestros resultados demuestran que los sistemas planetarios similares son el tipo de arquitectura más común. Cerca de ocho de cada 10 sistemas planetarios alrededor de estrellas visibles en el cielo nocturno tienen una arquitectura similar. Esto también explica por qué se encontró evidencia de esta arquitectura en los primeros meses de la misión Kepler.
Lo que sorprendió al equipo fue que la arquitectura ordenada, que también incluye el Sistema Solar, parece ser la clase más rara. En opinión de este investigador, 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, juegan un papel.
“A partir de discos bastante pequeños y de baja masa y estrellas con pocos elementos pesados -destaca-, emergen sistemas planetarios similares. Los discos grandes y masivos con muchos elementos pesados en la estrella dan lugar a sistemas más ordenados y anti-ordenados. Los sistemas mixtos emergen de medios discos de tamaño. Las interacciones dinámicas entre los planetas, como colisiones o eyecciones, influyen en la arquitectura final”.
Por su parte, Alibert hace hincapié en que “un aspecto notable de estos resultados es que vincula las condiciones iniciales de la formación planetaria y estelar con una propiedad medible: la arquitectura del sistema. Miles de millones de años de evolución se encuentran entre ellos. Por primera vez, hemos logrado unir esta enorme brecha temporal y hacer predicciones comprobables. Será emocionante ver si se mantienen”.
Un poco de historia
El primer exoplaneta se descubrió en 1995 por dos investigadores de la Universidad de Ginebra, Michel Mayor y Didier Queloz, laureados con el Premio Nobel de Física 2019. Este descubrimiento permitió al departamento de Astronomía de la Universidad de Ginebra estar a la vanguardia de la investigación en este campo, con la construcción e instalación de HARPS en el telescopio de 3,6 m de ESO en La Silla, en 2003. Durante dos décadas, este espectrógrafo fue el más eficiente del mundo para determinar la masa de los exoplanetas.
Sin embargo, HARPS se superó en 2018 por ESPRESSO, otro espectrógrafo construido en Ginebra e instalado en el Very Large Telescope (VLT) en Paranal, Chile.
Suiza también ha participado en observaciones de exoplanetas desde el espacio con la misión CHEOPS, resultado de dos experiencias nacionales: el conocimiento espacial de la Universidad de Berna en colaboración con su homólogo de Ginebra, y la experiencia en tierra de la Universidad de Ginebra asistido por su colega en la capital suiza. Estas dos habilidades científicas y técnicas también han hecho posible la creación del Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) PlanetS.
Por otra parte, cuando el 21 de julio de 1969 el astronauta Buzz Aldrin salió del módulo, la primera tarea que hizo fue establecer el experimento de composición del viento solar de Berna (SWC), también conocido como vela de viento solar, plantándolo en el suelo de la Luna, incluso antes que la bandera estadounidense.
Este experimento, planificado, construido y analizado por el profesor Johannes Geiss y su equipo del Instituto de Física de la Universidad de Berna, fue el primer gran hito en la historia de la exploración espacial de Berna. Desde entonces, este campus suizo participa en misiones espaciales de las principales organizaciones, entre ellas ESA, NASA y JAXA.
