A propósito del problema de tres cuerpos, que mencionamos hace poco, hubo recientemente un anuncio que me llamó la atención. Como ya comenté más de una vez, Lagrange fue el primero en encontrar una solución a un problema de tres cuerpos en una situación restringida (bueno, tal vez primero lo encontró Euler, no sé). La solución de Lagrange tiene dos restricciones: por un lado, se requiere que las tres órbitas estén en un mismo plano. Esta es una suposición habitual, nada que objetar. La segunda restricción es que uno de los objetos tenga masa casi nula, comparada con la de los otros dos. Es la situación del Sol, un planeta y un asteroide, por ejemplo. En esas condiciones, Lagrange descubrió que existen cinco soluciones al problema, que hoy llamamos puntos de Lagrange 1 a 5. Tres de ellas son inestables (L1, L2 y L3; L1 es donde está Dscovr, L2 es donde están el Webb, Gaia, etc.). Los puntos L4 y L5, en cambio, son estables, y existen órbitas estables en ellos o en su proximidad ("librando" a su alrededor, se dice). En el sistema Sol-Júpiter, es donde orbitan los asteroides troyanos, que ya hemos comentado. Los puntos L4 y L5 forman con el Sol y el planeta sendos triángulos equiláteros.
Lagrange encontró que, en su problema restringido, L4 y L5 son estables si la masa del planeta es menor que el 3.85% de la masa total del sistema. Esa condición se satisface en el sistema solar para el Sol con Júpiter, y por lo tanto para todos los planetas. Hoy en día se conocen asteroides troyanos de casi todos, incluso de la Tierra.
Pero, ¿qué pasa si el tercer cuerpo no tiene masa nula? ¿Qué pasa si en lugar de un asteroide es una luna, o incluso otro planeta? Hace 20 años Laughlin y Chambers demostraron que incluso dos planetas iguales pueden orbitar juntos el Sol, cada uno como troyano del otro, los dos girando alrededor de la estrella a la misma velocidad (resonancia 1:1, se llama). La condición de estabilidad es que la masa combinada de los dos planetas no supere el 3.81% de la masa total (¡que es casi la misma condición que en el caso de Lagrange! ¿casualidad?). Las órbitas se ven así, dibujadas en un sistema que gira a la velocidad orbital (media) de los planetas.
La cuestión es que el resultado me sorprendió, pero en el fondo yo ya sabía que esto era posible. A veces pasa que uno no sabe lo que sabe. Hasta lo había contado acá: dos lunas de Saturno, Jano y Epimeteo, hacen una danza de este tipo. Jano es apenas tres veces más pesado que Epimeteo, y ambos tienen masas despreciables con respecto a Saturno. Es un poco distinto, pero según Laughlin y Chambers no habría problema en que fueran más pesados.
El resultado me sorprendió, como dije, pero lo que me interesó para contar acá no es ese paper de hace 20 años, sino uno más reciente, que muestra un sistema planetario en formación (PDS 70, en Centauro) en el cual hay al menos dos planetas confirmados. Nuevas imágenes del radiotelescopio ALMA muestran que, en el punto L5 del planeta PDS 70b, parece haber otro planeta, o al menos una gran cantidad de material formando un nuevo planeta:
En la foto están marcados la órbita del planeta (es casi circular, pero la vemos inclinada con respecto a nuestra línea visual), el planeta (círculo continuo) y la masa en su L5 (círculo punteado). Juzgando por el brillo, la masa sería de hasta dos Lunas (nuestra Luna), pero podría haber un planeta más grandecito dentro de esa nube de escombros. El resto del anillo es materia que está en órbita de la estrella sin haber formado todavía planetas: es un disco circumestelar, que eventualmente desaparecerá en algunos millones de años, cuando terminen de formarse los planetas. Cerquita del borde interno del disco, en la posición de las 3 horas, se ve el otro planeta confirmado, PDS 70c.
Es una preciosidad, y es curioso reflexionar que algo así se da de bruces contra la definición de planeta adoptada por la IAU. Claramente PDS 70b no ha "limpiado su órbita". Qué, ¿entonces no lo vamos a llamar "planeta?" Pff. Esto demuestra la vacuidad, por no decir estupidez, de la famosa definición. ¿Le vamos a decir de la manera que me niego a repetir, pero que empieza con "planeta" y termina con "enano".
El descubrimiento parece sólido, pero incluso si no llegara a confirmarse (ha habido "exotroyanos" ya desenmascarados), la galaxia es inmensa, y nada impide que existan estos planetas troyanos. En algún lugar debe haber alguno. Me encanta.
El paper de los planetas troyanos es Laughlin & Chambers, Extrasolar trojans: The viability and detectability of planets in the 1:1 resonance, The Astronomical Journal 124:592–600 (2002).
El paper del presunto exotroyano es de unos españoles: Balsalobre-Ruza et al., Tentative co-orbital submillimeter emission within the Lagrangian region L5 of the protoplanet PDS 70 b, Astronomy & Astrophysics (2023) (preprint).
La imagen del sistema protoplanetario PDS 70 es de ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) /Balsalobre-Ruza et al.
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