Origen de la bimodalidad de radios de los planetas Kepler desde una perspectiva de formación y evolución planetaria

• Autores: Guilera, Octavio Miguel
• Año de publicación: 2021
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: artículo
• Materia: Ciencias Astronómicas; planets and satellites: formation; planets and satellites: composition; planets and satellites: interiors
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

El estudio de la formación planetaria es uno de los tópicos principales de la astronomía moderna, especialmente desde el descubrimiento del primer exoplaneta alrededor de una estrella de tipo solar en 1995. Desde ese momento, y gracias principalmente a la misión Kepler, el número de exoplanetas descubiertos creció significativamente, y actualmente hay más de 4 300 confirmados. Un análisis detallado sobre los planetas Kepler reveló que aquellos con períodos orbitales menores a 100 días presentan una distribución bimodal de tamaños, con máximos en ~ 1.3 R® y ~ 2.4 R®. Estudios más recientes basados en observaciones mejor caracterizadas confirman esta bimodalidad, con el valle de radios en el rango ~ 1.9 R® - 2 R®. El valle puede explicarse por medio de mecanismos de pérdida de masa atmosférica, como la fotoevaporación o el calor latente del núcleo. Ambos modelos son capaces de reproducir la posición correcta del valle sólo si los núcleos desnudos resultantes de la pérdida de masa son de composición rocosa. Este resultado sugiere que la mayoría de los planetas Kepler con radios entre los de la Tierra y Neptuno acretaron solamente material seco y, por lo tanto, se formaron dentro de la posición de la línea de hielo. Sin embargo, este resultado esta en contraposición con lo que obtienen los modelos de formación planetaria. Dichos modelos muestran que los embriones planetarios localizados inicialmente por detrás de la línea de hielo, con una composición de aproximadamente 50 % rocas y 50 % hielos, crecen y migran eficientemente hacia la zona interna del disco. La existencia de esta bimodalidad en la distribución de radios es actualmente una de las restricciones observacionales más importantes para comprender el origen y la composición de súper Tierras y mini Neptunos. En este artículo mostraremos cómo modelos globales de formación acoplados a modelos de evolución planetaria pueden darnos pistas sobre su origen y composición.
The study of planet formation is one of the main topics of modern astronomy, especially since the discovery of the first exoplanet around a Solar-type star in 1995. From that moment, and thanks mainly to the Kepler mission, the number of discovered exoplanets has grown significantly and currently there are more than 4 300 confirmed. A detailed analysis on the Kepler planets revealed that those with orbital periods lower than 100 days present a bimodal size distribution, with maximum values of ~ 1.3 R® and ~ 2.4 R®. More recent studies based on better characterized observations confirm this bimodality, with the radius valley in the range of ~ 1.9 R® - 2 R®. The radius valley can be explained by means of atmospheric mass loss mechanisms, such as photoevaporation or core-powered. Both models are capable of reproducing the correct position of the valley only if the naked cores resulting from the mass loss mechanisms are rocky in composition This result suggests that the majority of the Kepler planets with radii between those of the Earth and Neptune accreted only dry material and, therefore, formed inside the iceline. However, this is in contradiction with the results obtained from planet formation models. Such models show that planetary embryos initially located beyond the iceline, with a composition of about 50% silicates and 50% ices, efficiently grow and migrate towards the inner regions of the disk. The existence of this bimodality in the radii distribution is currently one of the principal observational constraints to understand the origin and composition of super-Earths and mini-Neptunes. In this manuscript we will show how global models of planet formation coupled with models of planetary evolution can give us insights about their origin and composition.
Asociación Argentina de Astronomía