Sabemos que es posible encontrar planetas en sistemas binarios. Sin embargo, entender cómo se forman no es sencillo, porque las condiciones son muy diferentes a las de sistemas de una única estrella. Ahora, un grupo de investigadores ha presentado un modelo muy bien desarrollado…
Las condiciones para la formación de planetas en sistemas binarios
Un grupo de investigadores ha logrado explicar cómo se pueden formar planetas en sistemas binarios sin ser destruidos. Gracias al telescopio Kepler, se han detectado algunos exoplanetas que recuerdan al famoso Tatooine de Star Wars. Entender cómo han llegado a sobrevivir no es tan simple como podría parecer. Las condiciones en la infancia de un sistema binario son extremadamente caóticas. Por ello, los investigadores se han centrado en un tipo de sistema binario muy específico. Uno donde una estrella más pequeña órbita a la estrella principal.
La órbita de la estrella pequeña es de unos 100 años. Aproximadamente similar a lo que podemos observar en el mundo real. De hecho, no hace falta irse lejos, porque es lo que podemos observar en el sistema de Alfa Centauri. Según explican los investigadores, un sistema así, sería equivalente, en el Sistema Solar, a tener un segundo Sol en la órbita de Urano. Las condiciones hubieran sido tremendamente diferentes. Tanto es así que, según el modelo que han desarrollado, los planetesimales iniciales deberían ser más bien grandes.
Los planetesimales, los bloques básicos de los planetas en un sistema en formación, deberían tener, al menos, 10 kilómetros de diámetro. El disco de polvo, hielo y gas, alrededor de la estrella en la que se formen los planetas, además, deberá ser bastante circular. El estudio supone todo un avance en el campo de la formación de planetas en sistemas binarios. Ha añadido un nivel de realismo nunca visto antes. Es capaz de explicar cómo se podrían haber formado planetas en estos sistemas binarios, para los que se han llegado a plantear teorías exóticas.
El papel del modelo de acreción del núcleo
La formación de planetas, a grandes rasgos, comienza en un disco protoplanetario. Es decir, un disco de material, principalmente compuesto por hidrógeno, helio y pequeñas partículas de hielo y polvo, que orbitan alrededor de una estrella joven. La teoría más aceptada, actualmente, es la de acreción del núcleo. En esencia, las partículas de polvo se van pegando entre sí, formando objetos sólidos cada vez más grandes. Si el proceso se detiene pronto, podemos encontrarnos con un planeta rocoso, un mundo similar a la Tierra.
Si el planeta crece más que la Tierra, su gravedad será lo suficientemente grande para atrapar una gran cantidad de gas de ese disco protoplanetario. El resultado será, por tanto, un gigante gaseoso como Júpiter. Esta teoría funciona muy bien en el caso de estrellas solitarias. En sistemas binarios es más complicado, porque la estrella compañera agita el disco protoplanetario. Dicho de otro modo, las partículas en torno a una estrella única se mueven a velocidades bajas. Pueden pegarse entre sí con cierta facilidad al colisionar, permitiendo que crezcan.
Pero ese efecto agitador de la estrella compañera, en un sistema binario, provoca que las partículas choquen entre sí a una velocidad mucho más alta. Por lo que, cuando chocan, se destruyen mutuamente. Como se han observado un buen puñado de exoplanetas en sistemas binarios, es imprescindible preguntarse cuál es su origen. Se ha llegado a sugerir, incluso, que originalmente podrían haber sido planetas errantes que, en algún momento, fueron atrapados por la gravedad del sistema binario. Era necesario encontrar una respuesta…
Un modelo diferente para la formación de planetas en sistemas binarios
De ahí que los investigadores llevasen a cabo diferentes simulaciones. Desarrollaron un modelo matemático de crecimiento de planetas en un sistema binario. El modelo utiliza datos físicos realistas y tiene en cuenta, según han explicado, procesos que a menudo son ignorados. Cosas como el efecto gravitacional del gas, del disco, en el movimiento de los planetesimales. El gas es capaz de ralentizar a los planetesimales, como si fuese una corriente de viento. Los investigadores explican que se dieron cuenta de la importancia del conjunto.
No solo el efecto de ralentización del gas era importante, también la propia gravedad del disco, que era capaz de alterar el movimiento de los planetesimales. En algunos casos, permitía que los planetas se formasen a pesar de las perturbaciones gravitacionales que pudiese provocar la estrella compañera. El modelo que han desarrollado tiene en cuenta todas estas particularidades. Muestra que los planetas pueden formarse en sistemas binarios como Alfa Centauri, siempre y cuando los planetesimales midan, al menos, 10 kilómetros.
El disco protoplanetario, además, debe ser casi circular, sin grandes irregularidades. Si las condiciones se cumplen, los planetesimales, en algunas regiones del disco, se moverán lo suficientemente lento. Esto permitirá que, al colisionar, se puedan pegar entre sí, en lugar de destruirse. El hallazgo va más allá de ser una simple anécdota. Apunta directamente a un mecanismo de formación de planetesimales, la inestabilidad de flujo, que sería una parte clave en todo este proceso. Es algo que resulta muy útil no solo en estrellas binarias…
La inestabilidad de flujo funciona también con estrellas individuales
La inestabilidad de flujo es el resultado de un efecto colectivo. Participan muchas partículas, junto al gas, provocando una concentración de granos de polvo. De esta manera, se puede comenzar con pequeñas partículas y llegar a producir un puñado de planetesimales grandes. Estos sí tendrían el tamaño suficiente para sobrevivir a la mayoría de las colisiones que podrían sufrir en el disco. El estudio, por tanto, arroja luz sobre las teorías de formación de planetas, tanto en torno a estrellas binarias como a estrellas solitarias.
En el futuro, este modelo podría utilizarse para explicar cómo se forman los planetas que muestran una configuración orbital como la que describiría Tatooine. Es decir, orbitar alrededor de las dos estrellas a la vez. En el mundo real, se conocen alrededor de una docena de planetas de este tipo. Todos ellos fueron identificados gracias al telescopio Kepler. A fin de cuentas, es necesario tener presente que hay diferentes configuraciones orbitales posibles para los planetas en un sistema binario. Uno es, simplemente, que el planeta orbite a una sola estrella.
Es en este escenario en el que se han centrado los investigadores, y que presenta muchos retos por el efecto de la segunda estrella del sistema. El otro plantea que el conjunto de las estrellas tiene, a su vez, un disco protoplanetario común, con ambos astros en el centro. En este caso, nos podemos encontrar con un planeta circumbinario. Sabemos que estos mundos existen realmente, gracias al estudio del universo. Ahora, por medio de simulaciones como la detallada aquí, se está más cerca de entender su origen… y de comprender aún mejor cómo se forman los planetas en torno a estrellas solitarias…
Estudio
El estudio es K. Silsbee y R. Rafikov.; «Planet formation in stellar binaries: Global simulations of planetesimal growth». Publicado en la revista Astronomy & Astrophysics, puede consultarse en este enlace.
Referencias: Phys
