Detección de exoplanetas

Por lo general, no es un problema porque la mayoría de los experimentos simplemente se ocupan de encontrar exoplanetas. Rara vez están diseñados de tal manera que sea fácil estimar las estadísticas de población debido a todo tipo de sesgos que intervienen en la selección de los objetivos. Desafortunadamente, la búsqueda de exoplanetas se ha convertido en un deporte donde el descubrimiento lo es todo.

Si se supone una orientación aleatoria de las órbitas (y eso es todo, una suposición), entonces la probabilidad de un tránsito escala aproximadamente como

$$P \simeq \frac{R_p+ R_s}{a}$$ donde $R_p$y $R_s$son el radio del planeta y la estrella caliente respectivamente y $a$el radio orbital del planeta (con pequeñas modificaciones para órbitas no circulares). Cuanto más grande sea, más probable es que ocurra un tránsito. Por lo tanto, los exoplanetas grandes que orbitan cerca de estrellas grandes tienen más probabilidades de transitar. Entonces, en principio, este efecto se puede corregir al calcular las estadísticas y la frecuencia de los exoplanetas.

Entonces, ¿qué tan buena es la suposición de inclinación orbital aleatoria? Sinceramente, creo que nadie lo sabe en este momento. He trabajado en la posible alineación de los ejes de giro dentro de los cúmulos de estrellas de baja masa ( Jackson & Jeffries 2010 ) encontrando consistencia con la hipótesis aleatoria. Un trabajo más reciente que utiliza la astrosismología sugiere que puede haber alineación para estrellas más masivas ( Corsaro et al. 2017 ). Sin embargo, incluso si los ejes de giro (y, por lo tanto, presumiblemente la mayoría de las órbitas de los planetas) de las estrellas en los cúmulos se alinean, no hay una razón obvia por la que cada cúmulo deba tener el mismo vector de momento angular. Cuando los cúmulos finalmente se dispersan en el campo, entonces tendrían , presumiblemente, forman una distribución pseudoaleatoria?

Excepto, ¿qué pasaría si las mareas galácticas o un campo magnético galáctico a gran escala desempeñaran un papel en la configuración de la dirección del momento angular de las nubes que formaron los cúmulos? ¿Sería posible que alguna alineación persistiera hasta la vejez? Corsaro et al. argumentan que las interacciones dentro de un cúmulo no son suficientes para "revolver" los momentos angulares una vez que ha terminado la formación estelar. Las interacciones cercanas entre estrellas se vuelven mucho menos probables después de que emergen de un cúmulo al campo. Una intrigante obra de Rees & Zijlstra (2013)encontró que había evidencia de una distribución no aleatoria de la orientación de las nebulosas planetarias bipolares hacia el bulbo galáctico. Esto sugirió que los momentos angulares orbitales de los sistemas binarios responsables de la forma bipolar de las nebulosas estaban orientados en el plano galáctico. El resultado es muy significativo desde el punto de vista estadístico pero, hasta donde yo sé, no se ha seguido a pesar de sus implicaciones obvias para las estimaciones de los rendimientos de tránsito de las encuestas exoplanetarias.

Creo que habrá una respuesta mucho mejor a esta pregunta una vez que tengamos búsquedas de exoplanetas en todo el cielo de la calidad del satélite Kepler (la encuesta principal de Kepler fue en una dirección particular). Debería ser muy obvio si hay cambios en los rendimientos de los planetas en función de la posición del cielo (aunque también hay que controlar los tipos de estrellas que se observan) asociados con cualquier alineación a gran escala. Tal vez haya suficiente información en los campos de Kepler K2 que se toman en posiciones alrededor de la eclíptica; no he visto ningún análisis. Sin embargo, dichos datos seguramente estarán disponibles con el lanzamiento del satélite TESS de todo el cielo de la NASA en 2018.

La suposición de orientaciones aleatorias es razonable. Una de las razones por las que no se detectaron exoplanetas en la década de 1980 fue la expectativa de que la mayoría de los sistemas solares serían como el nuestro, con grandes planetas a una gran distancia, lo que haría que los tránsitos fueran raros, infrecuentes y difíciles de detectar.

Hot Jupiters cambió eso. La mayoría de los planetas que detecta Kepler están muy cerca de su estrella anfitriona. Esto significa que no se requiere una gran coincidencia para la inclinación del eje de rotación con respecto al sistema solar. Una inclinación axial de entre 80 y 90 grados permitiría un tránsito en muchos de los sistemas descubiertos.

Esto se tiene en cuenta al estimar el número de estrellas con planetas, con la conclusión de que casi todas las estrellas similares al Sol tienen sistemas planetarios. Kepler solo puede detectar una fracción de estos, pero examina tantas estrellas que ha encontrado un buen número de sistemas planetarios. Pero la mayoría de las estrellas observadas no han mostrado un tránsito. Extrapolando sus descubrimientos, tenemos que concluir que la razón principal por la que no detectamos planetas alrededor de otras estrellas se debe a la inclinación de los sistemas exoplanetarios.

Para el análisis de las probabilidades involucradas en el tránsito de exoplanetas, puede consultar Probabilidades de tránsito para estrellas con restricciones de inclinación estelar