Un grupo de investigadores ha determinado que las supertierras, con una atmósfera fina, a menudo estarán protegidas por planetas como Júpiter. De hecho, la configuración que observamos en el Sistema Solar, con planetas rocosos, gaseosos y helados, no sería algo fruto del azar…

Las supertierras con atmósfera fina se encontrarían en el interior de los sistemas planetarios

El estudio, que todavía no ha sido publicado, se basa en una nueva simulación que analiza la evolución de un sistema planetario a lo largo de miles de millones de años. Los sistemas planetarios alrededor de estrellas como el Sol, que produzcan planetas rocosos en el interior, con poca agua y gases, suelen formar un planeta similar a Júpiter en una órbita más alejada. El planeta, al igual que se ha planteado en el Sistema Solar, actúa como escudo para evitar el impacto de objetos peligrosos en las regiones interiores. Es un hallazgo importante.

Las supertierras con atmósfera están protegidas por mundos como Júpiter
Júpiter visto por la sonda Cassini. Crédito: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute – National Aeronautics and Space Administration

A fin de cuentas, hay que recordar que se ha planteado que el gigante joviano fue una pieza clave en el desarrollo de la vida en la Tierra. Su gravedad, a menudo, desvía asteroides y cometas potencialmente peligrosos, de sus órbitas hacia el interior, reduciendo la frecuencia de colisiones catastróficas. Por lo que es inevitable preguntarse si la combinación de planeta rocoso, más gigante gaseoso en una órbita exterior, es producto del azar o, por el contrario, es algo que se debería esperar observar a menudo en la formación de otros sistemas planetarios.

Los investigadores explican que han encontrado indicios sólidos de que los planetas rocosos, similares al nuestro, suelen estar acompañados de un planeta gigante como Júpiter en una órbita grande. A este tipo de mundos, como nuestro gigante gaseoso, se les denomina júpiteres fríos. En este caso, los investigadores se han centrado en las llamadas supertierras secas, que podrían tener una atmósfera fina. Planetas algo más grandes y masivos que la Tierra, que solo tienen atmósfera fina y una cantidad de agua y hielo muy pequeña. Normalmente, se encuentran en las regiones interiores.

Las supertierras secas y los júpiteres pueden ser la única combinación frecuente

Esos mundos son muy similares a la Tierra, salvo por su tamaño. De hecho, nuestro planeta es, pese a sus océanos y regiones polares, un mundo seco. La cantidad de agua de nuestro mundo es solo un 0,12% de su volumen. Los investigadores añaden que, en realidad, encontrar una supertierra rica en agua en la región interior, junto a un Júpiter frío, es prácticamente imposible. Además, solo las supertierras más masivas son capaces de tener una atmósfera muy masiva. Todo esto son conclusiones que resultan de lo más útil.

Concepto artístico del exoplaneta rocoso HD 85512 b, una supertierra. Crédito: NASA

Estos hallazgos son el resultado de un análisis estadístico de 1000 simulaciones de sistemas planetarios que evolucionan en el disco protoplanetario de una estrella como el Sol. La simulación comienza con condiciones aleatorias. Es decir, diferentes cantidades de gases y materia, tamaño del disco protoplanetario y las posiciones de las semillas que darán lugar al nacimiento de los planetas. En las simulaciones, los investigadores pueden ver cómo se forman esos planetas, adquieren material, cambian sus órbitas, colisionan, son expulsados…

En definitiva, cada simulación produce resultados muy diferentes. Los planetas resultantes tienen diferentes tamaños, masas, composiciones y órbitas alrededor de la estrella. Su principal utilidad es que permiten estudiar condiciones que, de otro modo, serían tremendamente complicadas. Porque los planetas como Júpiter tardan mucho tiempo en orbitar alrededor de sus estrellas. Encontrarlos, en observaciones de la galaxia, es muy complicado. Es mucho más fácil encontrar planetas masivos en órbitas que sean muy cortas.

Los júpiteres fríos casi siempre tienen una supertierra en su sistema (quizá con atmósfera)

Los investigadores buscaban comprobar una observación que se ha realizado en los últimos años. Los sistemas planetarios que contienen un júpiter frío casi siempre tienen una supertierra. Del mismo modo, alrededor del 30% de todos los sistemas planetarios, en los que se forman supertierras, tienen un júpiter frío. Por otro lado, parece razonable suponer que un planeta masivo, probablemente, perturbará seriamente la formación de un sistema planetario, afectando a la formación del resto de planetas del sistema.

Las supertierras con una atmósfera fina, que estén protegidas por un planeta como Júpiter, podrían tener una buena oportunidad para desarrollar vida.
Recreación artística de una supertierra. Crédito: ESO/M. Kornmesser/Nick Risinger/ L. Calcada

Lo observado parece indicar que, simplemente, los júpiteres fríos se forman lo suficientemente lejos como para que su efecto, en la fase de formación de los planetas, sea pequeño. Sin embargo, las simulaciones no han permitido confirmarlo. Solo la tercera parte de los júpiteres fríos estaban acompañados de supertierras. Además, solo un 10% de los sistemas simulados, con una supertierra, tenía un júpiter frío. Por lo que la conclusión es que la formación de supertierras (con o sin atmósfera) y júpiteres fríos, en un mismo sistema, es solo algo más probable a que lo hagan por separado.

Una posible explicación estaría en la cantidad de gigantes gaseosos que migran hacia el interior. Hay motivos para creer que podría ser un fenómeno habitual, y que los júpiteres templados, gigantes gaseosos más cercanos a su estrella, sí podrían causar grandes problemas en la formación de los planetas en órbitas interiores. Provocarían una mayor cantidad de colisiones e, incluso, que las posibles supertierras que se hubiesen formado, simplemente sean expulsadas de sus sistemas. Pero solo se puede simular en qué grado sucedería.

Pocos datos para poder extrapolar a lo observado en el mundo real

Sea como fuere, lo importante en este caso es que estamos hablando de simulaciones. Es decir, la frecuencia con la que un júpiter frío migra hacia el interior es un valor que se puede modificar en ese escenario. Si es más alto que lo que parece observarse, muchas supertierras terminarían siendo expulsadas. Si es más cercano a lo que se ha visto hasta el momento, podría haber más supertierras acompañadas de júpiteres fríos. En cualquier caso, a pesar de conocer más de 3000 sistemas planetarios, hay pocos datos en los que apoyarse.

Las simulaciones indican que debería haber un buen puñado de sistemas con supertierras con atmósfera y júpiteres fríos. Pero de esos 3200, solo 24 parecerían encajar en esta definición. Lo que sí parece extremadamente raro es que pueda haber supertierras ricas en hielo y agua acompañadas de júpiteres fríos. Con todo esto en mente, los investigadores han desarrollado un escenario que explicaría la formación de los diferentes tipos de sistemas planetarios. Todo dependería, principalmente, de la masa del disco protoplanetario.

En el caso de discos protoplanetarios con una cantidad de masa media, no habría suficiente material para una supertierra en el interior y un júpiter frío. En su lugar, forma supertierras en órbitas muy lejanas. Para discos más masivos, podemos encontrar algo similar a la configuración del Sistema Solar. Para poder saber si tienen razón habrá que tener paciencia. Solo telescopios como James Webb o el Telescopio Extremadamente Grande serán capaces de llevar a cabo esas observaciones, y entrarán en funcionamiento en esta década.

¿Qué hay de sistemas con planetas como la Tierra y Júpiter?

Aunque estas simulaciones se han centrado específicamente en supertierras, en la región interior de un sistema planetario, y júpiteres fríos, se puede aplicar también a planetas rocosos que sean mucho más similares en masa y tamaño a la Tierra. Por lo que parece que, en realidad, no es ninguna coincidencia que el Sistema Solar tenga la configuración que observamos. Parece que, en su lugar, todo fue consecuencia de la cantidad de masa de la que disponía el disco protoplanetario del Sol en el momento de su formación, hace 4500 millones de años.

Concepto artístico del Telescopio Extremadamente Grande. Crédito: ESO/L. Calçada/ACe Consortium

Por ahora, no se dispone de instrumentos lo suficientemente avanzados para poder detectar grandes cantidades de mundos como el nuestro, más allá del Sistema Solar, por medio de la observación del firmamento. La llegada de los nuevos telescopios también debería ayudar. Con el paso del tiempo, no parece descabellado suponer que se descubran nuevos sistemas planetarios y, también, planetas rocosos como el nuestro acompañado de gigantes como Júpiter en lugares ya conocidos. Cuando suceda, el marco será muy diferente.

Será posible crear simulaciones con datos que se ajusten mucho más a lo observado en el Sistema Solar. Es un escenario, sin embargo, que está a años de convertirse en una realidad. Mientras tanto, la segunda mejor opción es llevar a cabo simulaciones con los hermanos mayores de la Tierra. Los resultados son intrigantes. Si realmente Júpiter es una pieza clave para que nuestro mundo haya desarrollado vida, la abundancia de mundos como el gigante joviano es un factor esencial. Y parece que podrían estar presentes en muchos lugares de la Vía Láctea…

Estudio

El estudio es M. Schlecker et al.; «The New Generation Planetary Population Synthesis (NGPPS). III. Warm super-Earths and cold Jupiters: A weak occurrence correlation, but with a strong architecture-composition link». Será publicado en la revista Astronomy & Astrophysics y puede consultarse en este enlace.

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Referencias: Phys