Número promedio y tipo de planetas en órbita dados tipos de estrellas

Luché un poco con esto, pero debido a que no hay una respuesta científica real, lo mejor que puedes hacer es mirar los 6 u 8 otros sistemas solares más conocidos y construir a partir de eso. No hay una respuesta correcta, por lo que un enfoque basado en evidencia es probablemente el camino a seguir.

O, si desea basarlo en tonterías, pero suena impresionante, podría usar la ley de Titius-Bode . Pero creo que es una mala idea, a menos que la migración planetaria de grandes gigantes gaseosos se mantenga al mínimo, porque un Júpiter migrando haría picadillo esa "ley".

Los exoplanetas más fáciles de encontrar son los planetas con órbitas cortas y las estrellas más fáciles de encontrar alrededor de los planetas son las estrellas más pequeñas.

Con esas limitaciones a su vista, dado que los planetas grandes son más fáciles de ver, es difícil decir cuántos más pequeños hay o cuántos planetas distantes de su estrella. Básicamente, no hay información sobre la cual construir con respecto a esos 2 puntos.

Sin embargo, algunas generalidades, solo por diversión.

Los planetas rocosos como los 4 planetas interiores de nuestro sistema solar se forman dentro de la Línea de Hielo . Estos planetas tienen muy poca agua en porcentaje. Ahora, podría mirar a la Tierra y decir "hay toneladas de agua en la Tierra", pero en realidad no las hay, al menos no en términos de proporción de agua a silicato. Gran parte del agua de la Tierra está en la superficie, por lo que vemos mucha agua, pero la Tierra es básicamente hierro, níquel y silicatos con menos de 1/3 del 1% de agua por volumen (incluso menos por masa). Por volumen (utilizando la esfera de 860 millas de diámetro que se muestra a continuación y de este artículo ). La tierra es aproximadamente 1 parte en 800 de agua por volumen.

Puede haber tanta o más agua atrapada en el manto de la Tierra que en los océanos, por lo que la proporción podría estar más cerca de 1 parte en 400 o más o menos, pero el punto sigue siendo el mismo. Si la Tierra tiene un 0,25 % de agua por volumen, en su mayor parte está compuesta de cosas que no son agua.

Ceres, en comparación, puede tener hasta un 25% de agua. Ver aquí y aquí . Eso es 100 veces más proporción de agua a material seco. Fuera de la línea Frost, obtendrás tipos muy diferentes de planetas.

Con el tiempo, debes calcular los cambios atmosféricos, qué planetas perderán su atmósfera y qué planetas se calentarán como un invernadero.

Ahora tomemos 3 tipos de estrellas, una con 1 masa solar como nuestro sol, una con 0,4 masas solares (enana roja) y otra con 2,5 masas solares (estrella muy brillante).

Nuestro sol tiene una vida útil de aproximadamente 10 mil millones de años y una línea de congelación, actualmente a unas 2,7 unidades astronómicas (aproximadamente la distancia de Ceres al sol), pero cuando el sol era joven y los planetas se estaban formando, nuestro sol era un 30% menos luminosa, por lo que la línea de escarcha habría sido (.7) ^ .5 * 2.7, o alrededor de 2.2 AU. Ahora, diferentes gases congelados tienen diferentes líneas de congelación, pero esto es solo una aproximación. El hecho de que Ceres tenga aproximadamente un 25% de agua a pesar de que está perdiendo agua por el espacio vacío implica que se formó fuera de la línea de congelación donde abundaba el agua congelada. Ceres es solo un ejemplo. Todas las lunas grandes de los planetas exteriores también son compuestos de hielo y roca.

Entonces, tomemos nuestra enana roja de 0.4 masa solar, un tipo de estrella muy común. Su luminosidad (0.4) ^ 4 potencia, es aproximadamente 1/39 de brillante, por lo que su línea de congelación estaría un poco más de seis veces más cerca, menos de 0.4 AU. Con menos gravitación, es posible que no tenga un disco mucho más pequeño de materia en espiral en el momento de la formación, por lo que un porcentaje mucho mayor del material que forma el sistema solar de nuestra enana roja probablemente se formaría fuera de la línea de congelación, lo que implicaría menos 99% de mundos rocosos secos y más mundos húmedos (25% de agua). Tenemos muchos mundos como ese en nuestro sistema solar, pero todos son lunas o planetas enanos. Ceres, Ganímedes, Europa, Titán, Tritón, muchos otros son compuestos de hielo y roca que se formaron más allá de la línea de congelación de nuestro sistema solar.

Muchos de los exoplanetas observados por Kepler tienen densidades que sugieren "mundos acuáticos", muchos de ellos más grandes que la Tierra. Esto encaja con la enana roja, más cercana al argumento de la línea de congelación. No tenemos forma de saber cuántos mundos rocosos tienen las estrellas más pequeñas, pero creo que es una apuesta segura que tienen una proporción más baja del 99% o más mundos de material seco como nuestros 4 planetas interiores simplemente debido a la zona más pequeña dentro de la escarcha. línea.

Lo contrario es cierto para la estrella de 2,5 masas solares. También tiene una vida útil corta de 10 mil millones / (2.5) ^ 3, o alrededor de 640 millones de años, por lo que hay menos tiempo para que los planetas se formen, superen cualquier bombardeo temprano y se enfríen. Y la línea de congelación para nuestra estrella de 2,5 masas solares sería de aproximadamente 14 AU cuando la estrella está en su vida temprana, unas 6 veces más lejos que la línea de congelación en nuestro sistema solar, por lo que es probable que sea una región "seca" mucho mayor. para la formación de planetas. Probablemente obtenga un mayor porcentaje de mundos rocosos alrededor de estrellas más grandes, por lo que una estrella 1.5 o dos veces más brillante que nuestro sol podría (en teoría) tener 6 u 8 mundos rocosos de diferentes tamaños que van desde calientes hasta fríos. Al menos, creo que podría, aunque estoy bastante seguro de que esto nunca se ha observado.

Los gigantes gaseosos son de naturaleza bastante simple. Todo lo que un gigante gaseoso necesita para formar es suficiente gravedad para retener su hidrógeno y helio y una fuente de hidrógeno y helio para recolectar. Es más probable que se forme un gigante gaseoso fuera de la línea de congelación, pero no hay ninguna razón por la que un gigante gaseoso no pueda formarse dentro de la línea de congelación. Necesitaría alrededor de 8 masas terrestres de un mundo rocoso a la temperatura de la Tierra para tener una velocidad de escape lo suficientemente alta como para retener hidrógeno y helio y, en teoría, convertirse en un gigante gaseoso, pero más lejos de la estrella donde hay menos calor solar. , la cantidad de masa necesaria disminuye con temperaturas superficiales más frías, y con la masa adicional de hielo fuera de la línea de congelación, probablemente sea mucho más fácil que se formen gigantes gaseosos fuera de la línea de congelación que dentro.

Lo siguiente a considerar es la Migración Planetaria .

Tome nuestro sistema solar por ejemplo. Hay una teoría de que Neptuno y Urano pueden haberse formado dentro de Júpiter y Saturno, pero Júpiter y Saturno los empujaron hacia afuera a medida que los empujaban hacia adentro, tal vez porque en el sistema solar primitivo hubo un período en el que Júpiter y Saturno estaban en resonancia.

También es posible que inicialmente hubiera 3 grandes planetas gigantes gaseosos en nuestro sistema solar. (sin contar a Neptuno y Urano como gigantes gaseosos "grandes"). El modelo de los 3 gigantes gaseosos ayuda a explicar la formación y el contenido de agua de los 4 planetas interiores.

Y también se cree que Júpiter emigró hacia adentro, hacia el sol, y luego hacia afuera. Si Júpiter hubiera seguido migrando hacia el interior, lo que puede ser el caso de varios planetas calientes de Júpiter que se han observado, entonces no se sabe qué habría pasado con los planetas interiores, tal vez dispersos en todas direcciones, algunos fuera del sistema solar, empujados demasiado cerca del sol o tragado por la migración de Júpiter caliente. Un Júpiter caliente migratorio causaría estragos en los planetas interiores más pequeños a medida que cruzaran sus órbitas.

Tal como están las cosas, nuestro propio Júpiter puede haber arrojado un gran planeta gigante gaseoso completamente fuera del sistema solar y tal vez hizo que Neptuno y Urano cambiaran de lugar. (Todo esto es solo hipótesis basada en modelos numéricos, pero se han escrito varios artículos sobre estas ideas).

Aquí hay un video muy bueno , si tiene algo de tiempo que ejecuta modelos sobre la formación de planetas en sistemas similares a "sol", estimando el tamaño del planeta, la ubicación e incluyendo la cantidad de agua que es probable que los planetas internos obtengan de los cometas. Se cree que la Tierra obtuvo la mayor parte de su agua de cometas y asteroides, en gran parte gracias a las migraciones de Júpiter.

Si avanza a unos 20 minutos y 40 segundos, verá que su computadora modeló varios escenarios diferentes sobre la formación de planetas con diferentes combinaciones de gigantes gaseosos. El gráfico muestra la excentricidad en el eje y y la distancia desde la estrella en el eje x. A medida que la excentricidad va a uno (parte superior del eje y), el objeto se envía fuera del sistema solar o lo suficientemente cerca del sol para vaporizarse, por lo que básicamente los puntos que ves volando hacia arriba y fuera del gráfico están dejando el sistema solar de una forma u otra.

Hay, por supuesto, otros factores, en su mayoría desconocidos, como cuánto material es probable que esté disponible para la formación de planetas cuando una nube de materia forma un sistema solar. Nuestro sol, por ejemplo, es algo así como el 99,8 % de la masa del sistema solar y solo el 0,2 % constituye todo lo demás, pero no sé y no creo que nadie sepa si ese 0,2 % es estándar. más alto que el promedio o más bajo, y cómo las estrellas más grandes pueden tener diferentes proporciones que las más pequeñas, o cuánto del material que se desprende de una estrella en su vida joven es capturado por sus planetas en órbita y en formación.

Es completamente posible que más material planetario pueda conducir a más grandes pero menos planetas, ya que los planetas más grandes tienden a barrer un área más grande donde menos material planetario en la misma área podría dar lugar a más planetas más pequeños, pero ¿cuántos planetas es probable que se formen en un sistema estelar promedio, basado en el tamaño de la estrella, no creo que nadie lo sepa. Pero las predicciones se pueden modelar sobre lo que sucede después de que se forman los planetas.

Lo que Kepler puede decirnos:

La mayoría de las estrellas enanas rojas tienen planetas y al menos el 25% tiene planetas en su zona habitable. fuente _ (Las enanas rojas son los planetas más fáciles de mirar y buscar estrellas).

Del artículo:

Los nuevos hallazgos implican que prácticamente todas las enanas rojas a lo largo de la Vía Láctea tienen planetas, y al menos el 25 por ciento de estas estrellas en el propio vecindario del sol albergan "súper-Tierras" en zonas habitables, dijeron los investigadores.

Un simple (2-5 interior, 3-5 exterior) no es suficiente si está buscando precisión, pero es posible que pueda ejecutar algunos modelos, en función de cuánto decida (al azar) que se muevan los gigantes gaseosos. alrededor y cuánto material le das al azar a los planetas. Los planetas más pesados ​​necesitarían más espacio a su alrededor.

En cuanto a la minería. Venus sería una pesadilla, demasiado ácido. Los mundos acuáticos creo que serían terribles. No hay una plataforma sólida sobre la que construir. Los mundos de hielo tampoco son geniales. Los planetas con actividad volcánica en el pasado serían ideales y los planetas más pequeños probablemente sean los mejores, ya que la mayor parte de la energía con la minería probablemente se destine a llevar el material al espacio, no realmente a la parte minera. Los planetas más pequeños podrían construir más fácilmente un ascensor espacial. Marte (volcanes), tal vez Mercurio probablemente sean los mejores planetas mineros de nuestro sistema solar, a menos que estés extrayendo 3-HE, en cuyo caso, miraría a los gigantes gaseosos. La luna es (creo) un lugar terrible para minar 3-HE, tiene muy poco, pero la ventaja de la Luna es que está cerca.

Dicho todo esto, solo buscaría 6 u 8 sistemas solares bastante bien estudiados y construiría en base a ellos, agregaría algo de sentido común, como un Júpiter caliente que eliminaría la mitad de los planetas más pequeños, y seguiría con eso, porque no hay real conocimiento sobre cuáles son los escenarios y probabilidades más probables.

¿Demasiado largo? / ¿demasiadas conjeturas?. Pienso mucho en los exoplanetas. Es uno de mis temas favoritos. Espero con ansias el lanzamiento del Telescopio James Webb.