¿Por qué los planetas no chocan más a menudo? ¿Cómo se organizan los sistemas planetarios, como nuestro sistema solar o sistemas de varios planetas alrededor de otras estrellas? De todas las formas posibles en que los planetas podrían orbitar, cuántas configuraciones permanecerán establesdurante miles de millones de años del ciclo de vida de una estrella?
Rechazar la amplia gama de posibilidades inestables, todas las configuraciones que conducirían a colisiones, dejaría una visión más nítida de los sistemas planetarios alrededor de otras estrellas, pero no es tan fácil como parece.
"Separar las configuraciones estables de las inestables resulta ser un problema fascinante y brutalmente difícil", dijo Daniel Tamayo, un Sagan Fellow del Programa de Becas Hubble de la NASA en ciencias astrofísicas en Princeton. Para asegurarse de que un sistema planetario sea estable, los astrónomos necesitancalcular los movimientos de múltiples planetas interactuando durante miles de millones de años y verificar la estabilidad de cada configuración posible, una tarea computacionalmente prohibitiva.
Los astrónomos desde Isaac Newton han luchado con el problema de la estabilidad orbital, pero aunque la lucha contribuyó a muchas revoluciones matemáticas, incluida la teoría del cálculo y el caos, nadie ha encontrado una manera de predecir teóricamente configuraciones estables. Los astrónomos modernos todavía tienen que "ser brutas-forzar "los cálculos, aunque con supercomputadoras en lugar de abaci o reglas de cálculo.
Tamayo se dio cuenta de que podía acelerar el proceso combinando modelos simplificados de las interacciones dinámicas de los planetas con métodos de aprendizaje automático. Esto permite la eliminación de grandes franjas de configuraciones orbitales inestables rápidamente; los cálculos que hubieran tomado decenas de miles de horas ahora puedenhacerse en minutos. Es el autor principal de un artículo que detalla el enfoque en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias . Los coautores incluyen al estudiante graduado Miles Cranmer y David Spergel, profesor de astronomía Charles A. Young de Princeton en la Fundación Clase de 1897, emérito.
Para la mayoría de los sistemas de múltiples planetas, hay muchas configuraciones orbitales que son posibles dados los datos de observación actuales, de los cuales no todos serán estables. Muchas configuraciones que son teóricamente posibles serían "rápidamente", es decir, en no demasiados millonesde años: desestabilícense en una maraña de órbitas cruzadas. El objetivo era descartar las llamadas "inestabilidades rápidas".
"No podemos decir categóricamente 'Este sistema estará bien, pero ese explotará pronto'", dijo Tamayo. "El objetivo es, para un sistema dado, descartar todas las posibilidades inestables que tendríanya chocó y no podía existir en la actualidad "
En lugar de simular una configuración dada para mil millones de órbitas, el enfoque tradicional de fuerza bruta, que tomaría aproximadamente 10 horas, el modelo de Tamayo simula en cambio 10,000 órbitas, lo que solo toma una fracción de segundo. De este fragmento corto, calculan 10 métricas de resumen que capturan la dinámica resonante del sistema. Finalmente, entrenan un algoritmo de aprendizaje automático para predecir a partir de estas 10 características si la configuración se mantendría estable si la dejaran salir a mil millones de órbitas.
"Llamamos al modelo SPOCK - Estabilidad de Clasificador Orbital de Configuraciones Planetarias - en parte porque el modelo determina si los sistemas 'vivirán y prosperarán'", dijo Tamayo.
SPOCK determina la estabilidad a largo plazo de las configuraciones planetarias aproximadamente 100,000 veces más rápido que el enfoque anterior, rompiendo el cuello de botella computacional. Tamayo advirtió que si bien él y sus colegas no han "resuelto" el problema general de la estabilidad planetaria, SPOCK lo hace de manera confiableidentifican inestabilidades rápidas en sistemas compactos, que según ellos son los más importantes para tratar de hacer una caracterización restringida de estabilidad.
"Este nuevo método proporcionará una ventana más clara a las arquitecturas orbitales de los sistemas planetarios más allá del nuestro", dijo Tamayo.
¿Pero cuántos sistemas planetarios hay? ¿No es nuestro sistema solar el único?
En los últimos 25 años, los astrónomos han encontrado más de 4,000 planetas que orbitan alrededor de otras estrellas, de los cuales casi la mitad están en sistemas de varios planetas. Pero dado que los pequeños exoplanetas son extremadamente difíciles de detectar, todavía tenemos una imagen incompleta de sus configuraciones orbitales.
"Ahora se sabe que más de 700 estrellas tienen dos o más planetas orbitando a su alrededor", dijo el profesor Michael Strauss, presidente del Departamento de Ciencias Astrofísicas de Princeton. "Dan y sus colegas han encontrado una forma fundamentalmente nueva de explorar la dinámica deestos sistemas de múltiples planetas, acelerando el tiempo de computadora necesario para hacer modelos por factores de 100,000. Con esto, podemos esperar comprender en detalle la gama completa de arquitecturas de sistemas solares que la naturaleza permite ".
SPOCK es especialmente útil para dar sentido a algunos de los débiles y distantes sistemas planetarios distantes recientemente detectados por el telescopio Kepler, dijo Jessie Christiansen, astrofísica del Archivo de Exoplanetas de la NASA que no participó en esta investigación ". Es difícil"Restringe sus propiedades con nuestros instrumentos actuales", dijo. "¿Son planetas rocosos, gigantes de hielo o gigantes de gas? ¿O algo nuevo? Esta nueva herramienta nos permitirá descartar posibles composiciones y configuraciones planetarias que serían dinámicamente inestables.y nos permite hacerlo con mayor precisión y en una escala sustancialmente mayor que la que estaba disponible anteriormente "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton . Original escrito por Liz Fuller-Wright. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :