Tantos exoplanetas por descubrir: este nuevo modelo le dice a los astrónomos dónde buscarlos

A solo 12 años luz de la Tierra, Tau Ceti es la estrella individual más cercana al Sol y una de las favoritas de todos los tiempos en las historias de ciencia ficción. Los mundos habitables que orbitaban Tau Ceti eran destinos de naves estelares ficticias como la Nauvoo de "The Expanse" y la nave de "Barbarella". El Capitán Picard de Star Trek también frecuentaba un bar exótico en el sistema. Ahora, gracias a un nuevo enfoque para analizar los sistemas planetarios cercanos, tenemos una comprensión más profunda de los mundos reales que orbitan Tau Ceti y muchas otras estrellas cercanas.

Los exoplanetas, mundos alrededor de otras estrellas, han sido durante mucho tiempo elementos básicos de la ciencia ficción, pero permanecieron en su mayoría inaccesibles para las investigaciones científicas. Todo esto cambió durante la última década, cuando los telescopios espaciales de cazadores de exoplanetas Kepler y TESS de la NASA agregaron miles de planetas nuevos al recuento previamente corto de mundos alienígenas.

Nosotros, astrofísicos e investigadores de exoplanetas del Observatorio Steward y Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Arizona, y miembros de la red de coordinación de investigación de exoplanetas NExSS de la NASA, hemos estado fascinados durante mucho tiempo por los secretos que los sistemas planetarios inexplorados cercanos pueden contener.

Ahora hemos desarrollado una forma novedosa para averiguar si hay planetas aún sin descubrir en estos sistemas. Nos dimos cuenta de que al combinar lo que se sabe sobre un sistema planetario dado con reglas estadísticas simples, podemos predecir dónde pueden residir los planetas aún no detectados y qué tan grandes pueden ser, al igual que adivinar qué piezas faltan en este rompecabezas parcialmente completado. El nuevo análisis puede orientar los descubrimientos de nuevos planetas, ayudar a completar mapas de sistemas planetarios en el vecindario solar e informar futuras búsquedas de vida.

Construyendo sistemas con Dynamite

Nuestro modelo, apodado Dynamite, combina cuatro ingredientes para predecir mundos ocultos. Primero, Dynamite considera las ubicaciones y tamaños de todos los planetas conocidos actualmente en un sistema dado. En general, cuantos más planetas se conozcan en el sistema, más fácil será predecir si falta alguno. La segunda consideración es saber que es más probable que los planetas estén más cerca de la estrella que más lejos. Dynamite utiliza una descripción matemática, construida a través de estudios estadísticos de miles de exoplanetas conocidos, de qué tan lejos probablemente estén los planetas de sus estrellas anfitrionas.

Aunque es probable que los planetas estén más cerca de sus estrellas anfitrionas, no todos pueden estar agrupados. Todos los planetas se atraen entre sí a través de la gravedad, que es mucho más fuerte cuando los planetas están más cerca. Por lo tanto, los planetas que están demasiado cerca distorsionarán las órbitas de los demás, lo que a menudo conducirá a interacciones caóticas e incluso a la expulsión de uno de los planetas de sus sistemas de nacimiento. Este criterio de estabilidad es el tercer elemento importante que utiliza Dynamite para predecir la arquitectura del sistema planetario.

El cuarto componente es un patrón matemático en las longitudes de las órbitas de planetas adyacentes (algunas configuraciones son más probables que otras). En conjunto, Dynamite intenta construir modelos de sistemas planetarios que sean similares a los sistemas planetarios reales, con una colección compacta y estable de planetas que orbitan alrededor de sus estrellas anfitrionas.

No estábamos seguros de si una receta tan relativamente simple podría usarse para predecir con éxito los planetas perdidos. Para probar Dynamite, le dimos algunos sistemas conocidos de múltiples planetas con un giro: en cada sistema escondimos uno o dos de los planetas conocidos del algoritmo. En los casos probados, Dynamite predijo con éxito si faltaban uno o dos planetas y dónde podrían estar esos planetas, e incluso pudo adivinar sus tamaños correctamente.

Hoy en día, Dynamite solo se puede probar en sistemas con órbitas planetarias similares a las de la Tierra o más pequeñas. Esto se debe a que carecemos de datos sobre los sistemas planetarios exteriores, por lo que aún no podemos detectar planetas lejanos, equivalentes a Neptuno. Más datos permitirán refinar las cuatro reglas de Dynamite para construir un sistema planetario y mejorar sus predicciones. Aún así, nuestras predicciones para más de 50 sistemas planetarios parcialmente explorados, descubiertos por el telescopio espacial TESS de la NASA, ya están guiando la búsqueda de mundos ocultos.

Buscando vida en sistemas cercanos

Los planetas más emocionantes para predecir y buscar serán los más cercanos a nosotros, los mundos a los que probablemente nos dirigiremos en futuras búsquedas de firmas de vida extraterrestre.

En nuestro estudio más reciente, aplicamos Dynamite al sistema Tau Ceti, el cual ha sido parcialmente explorado y donde ya se conocen cuatro planetas. También se han informado señales débiles que indican la presencia potencial de varios otros planetas candidatos, pero su presencia no ha sido verificada.

Según nuestro modelo, predecimos que tres de los planetas candidatos son planetas reales. Es más, predecimos que existe otro mundo aún invisible. Este nuevo planeta, al que llamamos Tau Ceti PxP-4, es emocionante ya que se encuentra dentro de la zona templada de Tau Ceti, la región alrededor de la estrella donde un planeta similar a la Tierra sería habitable. Nuestro análisis muestra que PxP-4 puede ser un planeta gaseoso, similar a nuestro Neptuno, pero más pequeño y más cálido. Sin embargo, encontramos que es más probable que PxP-4 sea un planeta rocoso, aunque más grande que la Tierra.

Un mundo así puede ser detectable en los próximos años con los instrumentos de búsqueda de planetas más nuevos y, si se confirma, sería un objetivo principal para futuras búsquedas de vida. Y, tal vez, un día en el futuro lejano, el PxP-4 de Tau Ceti puede incluso albergar un bar exótico popular entre los oficiales de la Flota Estelar.

*La nota original la puedes encontrar en el siguiente enlace: Exoplanets are still out there – a new model tells astronomers where to look for more using 4 simple variables

*Daniel Apai es profesor asociado de Astronomía y Ciencias Planetarias en la Universidad de Arizona. Jeremy Dietrich es un estudiante graduado en Astronomía por la Universidad de Arizona.

*The Conversation es una fuente independiente y sin fines de lucro de noticias, análisis y comentarios de expertos académicos.