Astrónomos han demostrado cómo los exoplanetas en sistemas estelares binarios, como los 'Tatooine' que detectó la misión Kepler, surgieron sin ser destruidos en su entorno caótico de nacimiento.
Investigadores de la Universidad de Cambridge y el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre estudiaron un tipo de sistema binario en el que la estrella compañera más pequeña orbita a la estrella madre más grande aproximadamente una vez cada 100 años; nuestro vecino más cercano, Alpha Centauri, es un ejemplo de tal sistema.
"Un sistema como este sería el equivalente a un segundo Sol donde está Urano, lo que habría hecho que nuestro propio sistema solar se viera muy diferente", dijo el coautor, el Dr. Roman Rafikov, del Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica de Cambridge.
Rafikov y su coautor, el doctor Kedron Silsbee, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, descubrieron que para que los planetas se formen en estos sistemas, los planetesimales, bloques de construcción planetarios que orbitan alrededor de una estrella joven, deben comenzar al menos 10 kilómetros de diámetro, y el disco de polvo, hielo y gas que rodea a la estrella dentro de la cual se forman los planetas debe ser relativamente circular.
La investigación, que se publica en Astronomy and Astrophysics, lleva el estudio de la formación de planetas en binarios a un nuevo nivel de realismo y explica cómo se podrían haber formado tales planetas, algunos de los cuales han sido detectados.
Se cree que la formación de planetas comienza en un disco protoplanetario, compuesto principalmente de hidrógeno, helio y pequeñas partículas de hielo y polvo, que orbita una estrella joven. De acuerdo con la teoría líder actual sobre cómo se forman los planetas, conocida como acreción del núcleo, las partículas de polvo se adhieren entre sí y eventualmente forman cuerpos sólidos cada vez más grandes. Si el proceso se detiene antes, el resultado puede ser un planeta rocoso parecido a la Tierra. Si el planeta crece más grande que la Tierra, entonces su gravedad es suficiente para atrapar una gran cantidad de gas del disco, lo que lleva a la formación de un gigante gaseoso como Júpiter.
"Esta teoría tiene sentido para los sistemas planetarios formados alrededor de una sola estrella, pero la formación de planetas en sistemas binarios es más complicada, porque la estrella compañera actúa como un batidor de huevos gigante, excitando dinámicamente el disco protoplanetario", dijo Rafikov en un comunicado.
"En un sistema con una sola estrella, las partículas del disco se mueven a baja velocidad, por lo que se pegan fácilmente cuando chocan, lo que les permite crecer", dijo Silsbee. "Pero debido al efecto gravitacional 'batidor de huevos' de la estrella compañera en un sistema binario, las partículas sólidas allí chocan entre sí a una velocidad mucho mayor. Entonces, cuando chocan, se destruyen entre sí ".
Se han detectado muchos exoplanetas en sistemas binarios, por lo que la pregunta es cómo llegaron allí. Algunos astrónomos incluso han sugerido que quizás estos planetas estaban flotando en el espacio interestelar y fueron absorbidos por la gravedad de un binario, por ejemplo.
Rafikov y Silsbee llevaron a cabo una serie de simulaciones para ayudar a resolver este misterio. Desarrollaron un modelo matemático detallado del crecimiento planetario en un binario que utiliza entradas físicas realistas y explica los procesos que a menudo se pasan por alto, como el efecto gravitacional del disco de gas sobre el movimiento de los planetesimales dentro de él.
"Se sabe que el disco afecta directamente a los planetesimales a través del arrastre de gas, actuando como una especie de viento", dijo Silsbee. "Hace unos años, nos dimos cuenta de que, además del arrastre del gas, la gravedad del propio disco altera drásticamente la dinámica de los planetesimales, permitiendo en algunos casos que se formen planetas incluso a pesar de las perturbaciones gravitacionales debidas al compañero estelar".
"El modelo que hemos construido reúne este trabajo, así como otros trabajos anteriores, para probar las teorías de formación de planetas", dijo Rafikov.
Su modelo encontró que los planetas pueden formarse en sistemas binarios como Alpha Centauri, siempre que los planetesimales comiencen con un tamaño mínimo de 10 kilómetros y que el disco protoplanetario en sí sea casi circular, sin grandes irregularidades. Cuando se cumplen estas condiciones, los planetesimales en ciertas partes del disco terminan moviéndose lo suficientemente lento entre sí como para que se peguen en lugar de destruirse entre sí.
Estos hallazgos apoyan un mecanismo particular de formación planetesimal, llamado inestabilidad de flujo, que es una parte integral del proceso de formación de planetas. Esta inestabilidad es un efecto colectivo, que involucra muchas partículas sólidas en presencia de gas, que es capaz de concentrar granos de polvo del tamaño de un guijarro a otro para producir unos pocos planetesimales grandes, que sobrevivirían a la mayoría de las colisiones.
Los resultados de este trabajo proporcionan información importante para las teorías de la formación de planetas alrededor de estrellas binarias y únicas, así como para las simulaciones hidrodinámicas de discos protoplanetarios en binarios.
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