El destino de los exomoons cuando los planetas se dispersan

Se cree que las interacciones con los planetas son comunes ya que los sistemas solares se están formando y estableciendo primero. Un nuevo estudio sugiere que estos encuentros cercanos podrían tener un impacto significativo en las lunas de exoplanetas gigantes y pueden generar una gran población de exomoones flotantes.

Representación artística de un exomoon alrededor de un exoplaneta gigante de gas. Un nuevo estudio explora los destinos de tales lunas cuando los planetas interactúan.
NASA / JPL-Caltech

Cuatro ejemplos de resultados de encuentros cercanos: a) la luna permanece en órbita alrededor de su huésped, b) la luna es capturada en órbita alrededor de su perturbadora, c) yd) la luna es expulsada del sistema desde dos configuraciones de inicio diferentes.
Adaptado de Hong et al. 2018

Caos en el sistema

En el modelo de dispersión de planetas del planeta de la formación del sistema solar, se cree que los planetas se forman inicialmente en sistemas muy empaquetados. Con el tiempo, los planetas en un sistema se perturban entre sí, y finalmente entran en una fase de inestabilidad durante la cual se cruzan sus órbitas y los planetas experimentan encuentros cercanos.

Durante este proceso de "dispersión", cualquier exomoon que esté orbitando planetas gigantes puede ser arrojado a órbitas inestables directamente por encuentros cercanos con planetas perturbadores. Los exomoons también pueden verse afectados si las propiedades u órbitas de sus planetas anfitriones cambian como consecuencia de la dispersión.

Dirigido por Yu-Cian Hong (Universidad de Cornell), un equipo de científicos ha explorado el destino de los exomoons en situaciones de dispersión planeta-planeta utilizando un conjunto de simulaciones numéricas de N cuerpos.

Posibilidades de supervivencia

Hong y sus colaboradores descubren que la gran mayoría, aproximadamente entre el 80 y el 90%, de exomoons alrededor de planetas gigantes se desestabilizan durante la dispersión y no sobreviven en su lugar original en el sistema solar. Los destinos de estos exomoons desestabilizados incluyen:

  • colisión lunar con la estrella o un planeta,
  • captura de la luna por el planeta perturbador,
  • expulsión de la luna del sistema solar,
  • expulsión de todo el sistema planeta-luna del sistema solar, y
  • perturbación de la luna en una nueva órbita heliocéntrica como un "planeta".

Como era de esperar, los exomoons que tienen órbitas cercanas y los que orbitan planetas más grandes son los más propensos a sobrevivir encuentros cercanos; Como ejemplo, los exomoons en órbitas similares a los satélites galileanos de Júpiter (es decir, que orbitan a una distancia de menos del 4% del radio de la colina de su planeta anfitrión) tienen una probabilidad de supervivencia de ~ 20–40%.

Luna semieje principal inicial vs. tasa de supervivencia de la luna. Tres de las lunas galileanas de Júpiter se muestran como referencia.
Hong y col. 2018

Lunas Flotantes

Una consecuencia intrigante de los resultados de Hong y sus colaboradores es la predicción de una población de exomoons flotantes que fueron expulsados ​​de los sistemas solares durante la dispersión planeta-planeta y ahora deambulan por el universo solo. Según los modelos de los autores, ¡puede haber tantas de estas exomoons flotantes como estrellas en el universo!

Las encuestas futuras que buscan objetos mediante microlente gravitacional, como la planificada con el Telescopio de prospección infrarroja de campo amplio (WFIRST), pueden detectar estos objetos hasta masas de una décima parte de una masa terrestre. Mientras tanto, estamos un poco más cerca de comprender la dinámica compleja de los primeros sistemas solares.

Citación

Yu-Cian Hong et al 2018 ApJ 852 85. doi: 10.3847 / 1538-4357 / aaa0db


Esta publicación apareció originalmente en AAS Nova, que presenta aspectos destacados de investigaciones de las revistas de la American Astronomical Society.