Los planetas que orbitan otras estrellas diferentes al Sol - han sido descubiertos desde 1995. Pero sólo en los últimos años los astrónomos han observado que en algunos de estos sistemas la estrella está girando en una dirección y el planeta, un "Júpiter caliente", está orbitando la estrella en la dirección opuesta.
"Eso es muy raro, y es aún más raro porque el planeta está muy cerca de la estrella", dijo Frederic A. Rasio, un astrofísico teórico de la Universidad Northwestern. "¿Cómo pueden estar girando dos astros tan cercanos en direcciones opuestas? Es una locura. Es así que esto obviamente viola nuestra imagen más básica del planeta y la formación de las estrellas. "
Averiguar cómo estos enormes planetas están tan cerca de sus estrellas llevó a Rasio y su equipo de investigación explicar también sus extrañas órbitas. Utilizando a gran escala simulaciones por ordenador son los primeros en modelar un Júpiter caliente para ver como orbita y se va en la dirección opuesta a la estrella. Perturbaciones gravitacionales mucho más distantes causan que el Júpiter caliente vaya por un "camino equivocado" y una órbita muy cercana. (Un Júpiter caliente es un planeta similar a Júpiter con gran proximidad a la estrella central.)
"Una vez que se obtiene más de un planeta, los planetas se perturban gravitacionalmente entre sí", dijo Rasio. "Esto se vuelve interesante porque significa que la órbita donde se formaron no es necesariamente la órbita en donde se quedarán para siempre. Estas perturbaciones mutuas pueden cambiar las órbitas, como vemos en estos sistemas extrasolares."
Los detalles del estudio se publicarán el 12 de mayo por la revista Naturaleza .
Al explicar la peculiar configuración de un sistema extrasolar, los investigadores también han contribuido a nuestra comprensión general de la formación del sistema planetario y la evolución sobre lo que sus resultados significan para el sistema solar.
"Creíamos que nuestro sistema solar era típico en el universo, pero desde el primer día todo lo que vimos en los sistemas planetarios extrasolares era diferente", dijo Rasio. "Eso nos hace vernos extraños. Aprender acerca de estos otros sistemas proporciona un contexto de lo especial que es nuestro sistema. Ciertamente, parecemos vivir en un lugar especial."
Rasio, un profesor de física y astronomía en Weinberg de Northwestern College de las Artes y las Ciencias es el autor principal del artículo. El primer autor es Smadar Naoz, estudiante postdoctoral en Northwestern y miembro Gruber.
El equipo de investigación resolvió el problema de física básicamente de la mecánica orbital, dijo Rasio. El mismo tipo de la física de la NASA utiliza para enviar satélites de todo el sistema solar .
"Fue un problema hermoso", dijo Naoz, "porque la respuesta estaba allí para nosotros durante mucho tiempo. Es la misma física, pero nadie se dio cuenta que podría explicar como los Júpiteres calientes cambiaron las órbitas".
"Haciendo cálculos no era obvio o fácil", dijo Rasio, "Algunas de las aproximaciones utilizadas por otros en el pasado no eran realmente buenas. Estábamos haciendo lo correcto por primera vez en 50 años, gracias en gran parte a la persistencia de Smadar ".
"Esto lo hizo una persona inteligente y joven que fue la primera en que pudo hacer los cálculos en un papel y desarrollar un modelo matemático completo y luego convertirlo en un programa de ordenador que resolvió las ecuaciones", agregó Rasio. "Esta es la única manera de producir los números reales para comparar con las medidas reales tomadas por los astrónomos".
En su modelo, los investigadores asumen que es una estrella similar al Sol, y un sistema con dos planetas. El planeta interior es un gigante gaseoso similar a Júpiter, y en un principio está lejos de la estrella, donde los planetas tipo Júpiter se cree que se forman. El planeta exterior es también bastante grande y está más lejos de la estrella que el primer planeta. También está relacionado con el planeta interior, lo perturban se reorganiza todo el sistema.
Los efectos sobre el planeta interior son débiles, pero se acumulan en un período muy largo de tiempo, dando lugar a dos cambios significativos en el sistema: el gigante de gas interno orbita muy cerca de la estrella y su órbita se encuentra en la dirección opuesta a la de la estrella central. Los cambios se producen, según el modelo, porque las dos órbitas son el intercambio del momento angular, y la interna pierde energía a través de fuertes fuerzas gravitacionales.
El acoplamiento gravitacional entre los dos planetas hace que el planeta interior entre en forma de una órbita excéntrica. Se tiene que perder una gran cantidad de momento angular, lo que lo hace que se vierta en el planeta exterior. El interior de la órbita del planeta se reduce poco a poco porque la energía es disipada a través de la gravedad, siendo atraído cerca de la estrella y produciendo un Júpiter caliente. En el proceso, la órbita del planeta puede voltearse.
Sólo una cuarta parte de las observaciones por los astrónomos de estos Júpiteres calientes muestran sistemas de órbitas volteadas. El modelo del noroeste tiene que ser capaz de producir tanto volteadas como no volteadas y lo hace, dijo Rasio.