Apreciados Amigos de la Sociedad Julio Garavito, de la Astronomía y de las Ciencias Espaciales en general. Reciban un cordial saludo. El sábado 8 de Abril de 2017 desde las 11:00 Am hasta las 1:00 PM. se tuvo la reunión de la Sociedad Julio Garavito en el Auditorio del Planetario de Medellín "Jesús Emilio Ramírez González-Antioquia-Colombia con la Charla: "Mundos mas allá del Sistema Solar" POR: Bayron Portilla Revelo Astrónomo y Candidato a Magister en Física Profesor de Cátedra Universidad de Antioquia. RESUMEN: El descubrimiento de nuevos mundos fuera de nuestro vecindario solar ha sorprendido por su cantidad y variedad. A la fecha, sabemos que existen más de tres mil planetas orbitando estrellas diferentes a nuestro Sol, algunos de ellos con configuraciones orbitales bastante diversas. Discutiremos sobre algunos efectos dinámicos que regulan la evolución de tales sistemas planetarios y su implicación a la pregunta ¿Estamos solos en el Universo? Nota: Estas charlas promovidas por la Sociedad Julio Garavito son de entrada libre sin costo alguno La Sociedad Julio Garavito agradece a los Directivos del Parque Explora por permitirle realizar sus reuniones quincenales que han sido tradicionales por más de 41 años en un lugar que se ha convertido en un referente de Ciencia, Ingeniería, Tecnología e Industria AeroEspacial en la Ciudad de Medellín. Por la atención prestada, muchas gracias. Sinceramente: Campo Elías Roldán. Director Sociedad Julio Garavito para el Estudio de la Astronomía Medellín-Antioquia COLOMBIA. campoelias.roldan@gmail.com

1. Mundos más allá del Sistema Solar
El descubrimiento de nuevos mundos fuera de nuestro
vecindario solar ha sorprendido por su cantidad y variedad. A
la fecha, sabemos que existen más de tres mil planetas
orbitando estrellas diferentes a nuestro Sol, algunos de ellos
con configuraciones orbitales bastante diversas. Discutiremos
sobre algunos efectos dinámicos que regulan la evolución de
tales sistemas planetarios y su implicación a la pregunta
¿estamos solos en el universo?
Bayron Portilla Revelo
Instituto de Física
Universidad de Antioquia

2. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 2
Una breve introducción
El número de exoplanetas descubiertos a la fecha asciende a
más de 3600 (http://www.exoplanets.eu)

3. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 3
Algo de historia
Didier Queloz - Michael Mayor

4. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 4
Algo de historia
Desde entonces, el número de descubrimientos ha aumentado
de manera notoria.

5. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 5
Datos curiosos
1. El sistema exoplanetario más cercano a la Tierra:
Proxima Centauri b, (descubierto en agosto de 2016) a 4.2 años luz.
2. El exoplaneta más cercano a su estrella:
Kepler-42 c, un año aquí dura solo 11 horas.
3. El exoplaneta más masivo:
HD 87883 b, es 82 veces más masivo que Júpiter.
4. El sistema con mayor número de exoplanetas:
HD 10180, posee 7 planetas confirmados y 2 candidatos potenciales.
5. El sistema con mayor número de exoplanetas rocosos en
zona de habitabilidad:
TRAPPIST-1 posee 7 exoplanetas rocosos, 3 de ellos en la zona de
habitabilidad.

6. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 6
Algo de historia

7. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 7
Algo de historia

8. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 8
Algo de historia
Un exoplaneta, por pequeño que sea, jamás órbita a una
estrella completamente estática.

9. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 9
Datos curiosos
El descubrimiento de 51 Pegasi b fue en sí un hito en la historia
de la ciencia. No menos sorprendente fue darnos cuenta de las
“extrañas” características que poseía.
¿Cómo es posible que un planeta
de la mitad de la masa de Júpiter
este tan cerca de su estrella? Esta
“anomalía” obligó a analizar
críticamente los modelos de
formación planetaria y a plantea
nuevas
hipótesis para explicar las
observaciones

10. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 10
Migración planetaria
La existencia de planetas gigantes muy cerca a sus estrellas es
actualmente explicada gracias a las fuertes interacciones
sufridas por el exoplaneta con el disco de gas y polvo en el que
nació. Esta interacción modificó sus parámetros orbitales hasta
llevarlo a una órbita muy cercana respecto a su estrella.
Migración tipo I: planetas
poco masivos.
Migración tipo II: planetas
muy masivos. Esta es la
que experimentó
51 Pegasi b

11. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 11
Migración planetaria
Las investigaciones recientes han confirmado el carácter
gaseoso de 51 Pegasi b. Esto (entre muchas otras cosas) hace
que su probabilidad de ser habitable sea prácticamente nula.
Pero ¿qué debemos entender por un lugar “habitable”?

12. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 12
Habitabilidad Planetaria
Las investigaciones recientes han confirmado el carácter
gaseoso de 51 Pegasi b. Esto (entre muchas otras cosas) hace
que su probabilidad de ser habitable sea prácticamente nula.
Pero ¿qué debemos entender por un lugar “habitable”?

13. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 13
El concepto de Zona de Habitabilidad
El descubrimiento de sistemas planetarios fuera del Sistema
Solar inspiró varios intentos para “cuantificar” las condiciones
mínimas que permitirían este escenario. El concepto
especulado desde la década de 1950 siempre ha tenido como
eje transversal la existencia de agua líquida.
Independiente del tipo
espectral, es siempre
posible
definir límites interiores y
exteriores que en
condiciones
ideales permitirían
la existencia de agua
líquida

14. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 14
El concepto de Zona de Habitabilidad
De acuerdo con lo anterior, es posible encontrar un planeta
“habitable” incluso alrededor de estrellas de poca masa
(estrellas enanas). Pero si el planeta se encuentra muy cerca,
cosas indeseables pueden suceder.
MAREAS

15. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 15
Mareas gravitacionales
Si la Luna es capaz de deformar el nivel medio de las aguas
¿qué efecto tiene sobre la parte sólida de la Tierra?

16. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 16
Mareas gravitacionales
Aunque hay un debate entre el nivel de correlación existente
entre los terremotos y la posición de la Luna, hay algo que no
podemos negar: la tercera ley de Newton

17. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 17
Mareas gravitacionales
Entonces si la luna ejerce mareas en el
planeta, este a su vez generará mareas
en la Luna. Los “moonquakes” han sido
detectados.

18. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 18
Mareas gravitacionales
Ahora bien, ya que la Luna es un objeto extendido, la intensidad
de la fuerza gravitacional varia de un punto a otro
Deformación por marea

19. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 19
Mareas gravitacionales
Si me paro en la Luna y veo el movimiento de la Tierra a mi
alrededor, en un caso ideal, el abultamiento por marea debería
“seguir” a la Tierra, de manera que la maxima elongación se
logrará cuando la Tierra este sobre el cenit.

20. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 20
Mareas gravitacionales
Sin embargo, en el mundo real, el reacomodo de las capas
internas de la luna toma tiempo. Esto en últimas, da origen a un
desfase geométrico entre la posición de la Tierra y la maxima
deformación que sufre la Luna.

21. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 21
Mareas gravitacionales
Sin embargo, en el mundo real, el reacomodo de las capas
internas de la luna toma tiempo. Esto en últimas, da origen a un
desfase geométrico entre la posición de la Tierra y la maxima
deformación que sufre la Luna.
Torque de Marea

22. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 22
Mareas gravitacionales
Sin embargo, en el mundo real, el reacomodo de las capas
internas de la luna toma tiempo. Esto en últimas, da origen a un
desfase geométrico entre la posición de la Tierra y la maxima
deformación que sufre la Luna.
Torque de Marea
⌧ =
3
2
k2m2
sG
R5
a6
sin 2 e

23. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 23
Mareas gravitacionales
El efecto neto de la aplicación del torque sobre la Luna, es disminuir
su velocidad rotacional hasta llegar a una configuración de
“equilibrio”. En este contexto, el equilibrio se logra cuando el torque de
marea desaparece (o se hace mínimo), es decir, cuando el objeto
deformado le muestra una misma cara al perturbador, lo que se
conoce como un estado de resonancia 1:1

24. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 24
Mareas gravitacionales
El efecto neto de la aplicación del torque sobre la Luna, es disminuir
su velocidad rotacional hasta llegar a una configuración de
“equilibrio”. En este contexto, el equilibrio se logra cuando el torque de
marea desaparece (o se hace mínimo), es decir, cuando el objeto
deformado le muestra una misma cara al perturbador, lo que se
conoce como un estado de resonancia 1:1

25. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 25
Mareas gravitacionales
Ahora bien, ¿que sucederia si cambiamos a la Tierra por el Sol
y a la Luna por Mercurio?

26. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 26
Mareas gravitacionales
¿Entonces qué podemos concluir acerca de esta imagen?

27. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 27
Mareas gravitacionales
¿Entonces qué podemos concluir acerca de esta imagen?
Las mareas son un ingrediente muy importante al momento
de hablar de habitabilidad alrededor de estrellas de baja masa

28. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 28
Mareas gravitacionales
Podríamos encontrar
condiciones apropiadas
para el desarrollo de formas
de vida en un anillo que
cruce el planeta bloqueado

29. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 29
Mareas gravitacionales
Sin embargo, en el mundo real, el reacomodo de las capas
internas de la Luna toma tiempo. Esto en últimas, da origen a un
desfase geométrico entre la posición de la Tierra y la maxima
deformación que sufre la Luna.
Torque de Marea
⌧ =
3
2
k2m2
sG
R5
a6
sin 2 e

30. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 30
Mareas gravitacionales

31. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 31
Mareas gravitacionales
La mayoría de los sistemas analizados se encuentran
en estados resonantes de bajo orden

32. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 32
El concepto de Zona de Habitabilidad
1. Agua líquida
2. Sin bloqueo por Marea
3. Presencia de una atmósfera
4. Tectónica de placas
5. El comportamiento de la estrella huésped

33. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 33
El concepto de Zona de Habitabilidad
1. Agua líquida
2. Sin bloqueo por Marea
3. Presencia de una atmósfera
4. Tectónica de placas
5. El comportamiento de la estrella huésped
El Dato: 2/3 de las estrellas que se encuentran dentro de un
radio de 80 años luz forman parte de sistemas binarios o
múltiples

34. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 34
Es necesario abrir la ventana a nuevas posibilidades
La existencia de planetas circumbinarios ya no es una especulación
de la ciencia ficción. Es una realidad observada por primera vez en
el año 2011.

35. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 35
Habitabilidad en sistemas circumbinarios
La geometría de la zona de habitabilidad en un sistema
de este tipo es más compleja, todo depende del tipo espectral de las
estrellas

36. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 36
Dinámica secular en sistemas circumbinarios
Varios estudios de la evolución secular en sistemas
circumbinarios no tienen en cuenta el hecho de que las estrellas
evolucionan
(Correia et.al 2011,Tidal evolution in hierarchical and inclined systems)

37. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 37
En conclusión
Las ciencias planetarias representan una de las áreas de mayor
interés para la investigación astronómica actual. Un mejor
entendimiento de los múltiples procesos dinámicos que los
sistemas exoplanetarios experimentan nos permitirá abordar
una de las preguntas más fascinantes en la historia de la
humanidad: ¿estamos solos en el Universo?
Descubrir indicios de vida en otros mundos sería el mayor logro
del intelecto humano, motivado por el motor más eficiente: la
curiosidad.

38. Bayron Portilla Revelo - University of Antioquia / FACom / SEAP 38
En conclusión
Las ciencias planetarias representan una de las áreas de mayor
interés para la investigación astronómica actual. Un mejor
entendimiento de los múltiples procesos dinámicos que los
sistemas exoplanetarios experimentan nos permitirá abordar
una de las preguntas más fascinantes en la historia de la
humanidad: ¿estamos solos en el Universo?
Descubrir indicios de vida en otros mundos sería el mayor logro
del intelecto humano, motivado por el motor más eficiente de
todos: la curiosidad.
Muchas gracias