Los Júpiter calientes duran poco a causa de mortales mareas

Malas noticias para los cazadores de planetas: la mayoría de los «Júpiter calientes» que los astrónomos han estado buscando en los cúmulos estelares fueron destruidos probablemente hace mucho tiempo por sus estrellas

En un artículo aceptado para su publicación en la revista Astrophysical Journal, John Debes Jackson y Brian Jackson, del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, ofrecen esta nueva explicación de por qué no se han encontrado todavía planetas en tránsito (planetas que pasan frente a sus estrellas y bloquean temporalmente algo de su luz) en cúmulos de estrellas.

Los investigadores también predicen que la búsqueda de planetas que está realizando la misión Kepler tiene más probabilidades de tener éxito en cúmulos de estrellas más jóvenes que en los más antiguos.

«Los planetas son criaturas esquivas», dice Jackson, estudiante del programa postdoctoral de la NASA en Goddard, «y nos encontramos con otra de las razones por las que son elusivos.»

Cuando los astrónomos comenzaron a buscar planetas en estrellas en cúmulos globulares hace unos 10 años, tenían la esperanza de encontrar nuevos mundos. Un censo del grupo denominado 47 Tucanae (47 Tuc), por ejemplo, esperaba encontrar al menos una docena de planetas entre las cerca de 34.000 estrellas candidatas. «Observaron tantas estrellas que la gente pensó que se encontrarían algunos planetas», dijo Debes, un estudiante del programa postdoctoral de la NASA en Goddard. «Pero no fue así».

Se han encontrado más de 450 exoplanetas (abreviatura de «planetas extrasolares», o planetas fuera de nuestro Sistema Solar), pero «la mayoría fueron detectados alrededor de estrellas simples», señala Debes.

«Los cúmulos globulares serían barrios rudos para los planetas», explica Jackson, «porque hay un montón de estrellas en torno para afectarlos y no hay mucho para que ellos se alimenten». La alta densidad de estrellas en estos grupos implica que los planetas pueden ser expulsados de sus sistemas solares por las estrellas cercanas. Además, los cúmulos globulares estudiados hasta el momento resultaron bastante pobres en metales (elementos más pesados que el hidrógeno y el helio), que son la materia prima para la fabricación de los planetas. Esto se conoce como baja metalicidad.

Debes y Jackson proponen que los Júpiter calientes —planetas de gran tamaño que están por lo menos 3 a 4 veces más cerca de sus estrellas anfitrionas que Mercurio al Sol— son rápidamente destruidos. En estas apretadas órbitas, la fuerza gravitacional del planeta sobre la estrella puede crear una marea, es decir, un bulto sobre la estrella. Mientras el planeta orbita, el bulto en la estrella apunta un poco detrás del planeta y, esencialmente, lo atrae hacia ella, este arrastre reduce la energía orbital del planeta y el planeta se mueve un poco más cerca de la estrella. Entonces el bulto en la estrella se hace más grande y reduce aún más energía orbital del planeta. Esto continúa durante miles de millones de años hasta que el planeta cae sobre la estrella o es desgarrado por su gravedad, según el modelo de Jackson de la degradación orbital por marea.

«Los últimos momentos de estos planetas pueden ser bastante dramáticos, ya que sus atmósferas son arrancados por la gravedad de sus estrellas», dice Jackson. «Incluso se ha sugerido recientemente que el Júpiter caliente llamado WASP-12B está tan cerca de su estrella que está siendo destruido.»

Debes y Jackson modelaron qué habría pasado en 47 Tuc si se aplica el efecto de marea sobre Júpiter calientes. Recrearon el rango de masas y tamaños de las estrellas en ese grupo y simularon una disposición de planetas. Dejaron luego que las mareas estelares trabajaran en los planetas próximos. El modelo predice que serían destruidos tantos de esos planetas que el censo resultaría con las manos vacías. «Nuestro modelo demuestra que no es necesario tener en cuenta la metalicidad para explicar los resultados del estudio», cice Debes, «aunque los efectos de ésta y otros efectos también reducirán la cantidad de planetas.»

Ron Gilliland, que se encuentra en el Space Telescope Science Institute en Baltimore, y participó en el censo de 47 Tuc, dice: «Este análisis de las interacciones de marea de los planetas y sus estrellas ofrece otra explicación potencialmente buena de por qué no hemos podido detectar exoplanetas en 47 Tuc, además de la fuerte correlación entre la metalicidad y la presencia de planetas.»

En general, el modelo de Debes y Jackson predice que un tercio de los «Júpiter calientes» serán destruidos para el momento en que el grupo de estrellas tiene una edad de mil millones de años, lo que es poco en comparación con nuestro Sistema Solar (con una vida de alrededor de 4.500 millones de años). La edad de 47 Tuc se ha estimado recientemente en más de 11.000 millones de años. A esa edad, los investigadores esperan que más del 96% de los «Júpiter calientes» hayan desaparecido.

La misión Kepler, que está buscando «Júpiter calientes» y planetas más pequeños, como la Tierra, les ofrece a Debes y Jackson una buena oportunidad para poner a prueba su modelo. Kepler censará cuatro cúmulos abiertos —grupos de estrellas que no son tan densos como los cúmulos globulares— que van desde menos de 500 millones de años a casi 8.000 millones de años, y todos los grupos tienen suficiente materia prima para formar un gran número de planetas, señala Debes. Si se está produciendo la degradación orbital por marea, predicen Debes y Jackson, el Kepler podría encontrar hasta tres veces más planetas del tamaño de Júpiter en el grupo más joven que en el más antiguo. (La cantidad exacta depende del brillo de las estrellas, la distancia de los planetas a las estrellas y otras condiciones.)

«Si encontramos planetas en los grupos con el Kepler», dice Gilliland, un co-investigador de Kepler, «la observación de las correlaciones con la edad y con la metalicidad será interesante para dar forma a nuestra comprensión de la formación de los planetas, así como la continuidad de su existencia después de que se forman.»

Si el modelo de la degradación orbital por mareas es correcto, añade Debes, la caza de planetas en los cúmulos puede llegar a ser aún más dura. «Los planetas grandes, obvios, pueden haber desaparecido, así que tendremos que buscar planetas más pequeños y más distantes», explica. «Eso significa que tendremos que buscar mucho más tiempo en una gran cantidad de estrellas, utilizando instrumentos que sean lo suficientemente sensibles para detectar estos planetas más débiles.»

La misión Kepler es administrada por el Centro Ames de Investigación de la NASA, en Moffett Field, California, para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington.

Fuente: NASA. Aportado por Eduardo J. Carletti

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