Formación, evolución y detección de planetas de tipo terrestre en el límite subestelar

Abstract

En esta Tesis Doctoral estudiamos la formación, evolución y probabilidad de detección de planetas de tipo terrestre orbitando objetos de masa 0,08 M⊙ cercana al límite subestelar. Para estudiar el proceso de formación y evolución planetaria en tales sistemas, desarrollamos experimentos numéricos haciendo uso de un código de N-cuerpos preexistente, al cual modificamos incluyendo de manera secuencial efectos relevantes a los escenarios de trabajo. En una primera instancia, analizamos los procesos de formación y evolución planetaria posteriores a la disipación del gas en el disco. Para ello, se incluyó en el código de N-cuerpos los efectos de marea con la contracción y evolución del período de rotación del objeto central, y efectos de relatividad general. El resultado más importante es que ambos efectos juegan un rol primario en la evolución de los sistemas ya que permiten la supervivencia de planetas de tipo terrestre en órbitas compactas cercanas al objeto central e incluso dentro de la zona habitable. En una segunda instancia, analizamos la formación y evolución planetaria incluyendo etapas tempranas en las que está presente un disco de gas y etapas posteriores a la disipación del disco. Para la interacción entre los embriones planetarios y el gas del disco adoptamos dos prescripciones diferentes e independientes de la literatura que fueron incluidas en el código de N-cuerpos que previamente modificamos incluyendo los efectos de marea y relatividad general. La estructura del disco de gas es descripta a partir de perfiles radiales de densidad superficial, temperatura y altura. Los resultados indican que las propiedades físicas y orbitales de los planetas dependen fuertemente de la prescripción utilizada para modelar la interacción entre los embriones y el gas. Sólo una prescripción permite la supervivencia de planetas en la zona habitable y, además, da lugar a una distribución de cociente de períodos orbitales de planetas adyacentes que es consistente con la derivada a partir de exoplanetas de tipo terrestre observados alrededor de estrellas con masas M⋆ < 0,14 M⊙. Finalmente calculamos la probabilidad de detección de los sistemas simulados y de los pocos planetas terrestres observados en torno a objetos cercanos al límite subestelar. Para ello desarrollamos un código que simula tránsitos, cambios en velocidad radial y en movimiento propio de estrellas debido a la interacción con sus sistemas planetarios e incluyendo valores realistas de errores y muestreo temporal. Empleamos un análisis de frecuencias básico para la detección de planetas. Para estrellas a distancias d ≤ 12 pc los resultados muestran que el método de velocidad radial es el más eficiente y permite la detección de 100% de sistemas como los observados y de hasta 85% para los sistemas simulados. Con el método de tránsito se detecta 2% de los sistemas observados y 1% de los sistemas simulados. Los resultados muestran que el método de movimientos propios no es capaz todavía de detectar los sistemas de interés pero calculamos que lo será con los datos de Gaia DR5. Entender la formación y evolución de planetas terrestres en el límite subestelar es fundamental para estimar el número de planetas habitables en la Galaxia. Esta tesis aporta resultados relevantes para el tratamiento teórico de estos sistemas y ofrece estimaciones realistas sobre la detección de las contrapartes observacionales.