15/Oct/04

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Planetas extrasolares: una cuestión de "metalicidad"

Los astrónomos han descubierto más de 130 planetas orbitando alrededor de estrellas cercanas en nuestra galaxia. Aunque los sistemas solares hallados son diferentes del nuestro, si se estudian sus planetas —sus masas, órbitas y sus estrellas— revelan indicios intrigantes de que nuestra galaxia puede estar rodeada de sistemas solares como el nuestro.

(Astrobiology.com) Según Greg Laughlin, profesor auxiliar de astronomía y astrofísica en la Universidad de California en Santa Cruz, los cazadores de planetas pueden esperar encontrar con el tiempo cientos de estrellas cercanas con planetas como Neptuno girando a su alrededor a distancias de unos 5 UA (una UA, o unidad astronómica, es la distancia entre el Sol y la Tierra. La órbita de Júpiter está a unas 5 UA de nuestro Sol). Un sistema solar con un planeta grande a 5 UA, piensan los astrónomos, también es un sistema donde podría existir un planeta habitable del tamaño de la Tierra.

La predicción de Laughlin proviene del estudio de una característica de las estrellas a la cual, hasta hace pocos años, casi nadie prestó mucha atención: la metalicidad. Las nuevas estrellas se forman cuando colapsan vastas nubes de polvo interestelar y gas. Ese polvo y este gas son principalmente de hidrógeno y helio, pero también contienen elementos más pesados, a los que los astrónomos denominan "metales" (aún cuando quienes no son astrónomos normalmente no consideran dichos elementos metálicos). La metalicidad de una estrella nos dice qué porción de su material está hecha de estos "metales".

Y, dice Laughlin, "el único indicador verdadero de si una estrella tiene probabilidad de tener un planeta gigante detectable es su metalicidad". Estos Júpiters calientes y Júpiters excéntricos, como se los conoce, son los tipos de planeta más sencillos de detectar. Casi todos los planetas descubiertos hasta la fecha son de estos dos tipos. Y la "vasta mayoría de planetas extrasolares conocidos giran alrededor de estrellas ricas en metales".

Veamos por qué. Cuando colapsa una nube interestelar rica en metales, forma una estrella rica en metales. Según la teoría de acreción del núcleo, la teoría dominante sobre la formación de planetas, esta abundancia de materiales pesados también permite que los núcleos rocosos de los planetas grandes se formen relativamente rápido, en unos pocos millones de años. Una vez que dichos núcleos alcanzan las diez masas terrestres, o más, empiezan a atraer hidrógeno y helio gaseosos de la nube colapsante, y se convierten en gigantes gaseosas. El tamaño de estos gigantes depende de cuánto gas atraigan.

Pero el hidrógeno y el helio no permanecen unidos para siempre. Entonces, la coordinación temporal es crítica: sólo los grandes núcleos rocosos formados antes de que el gas desaparezca devienen en gigantes gaseosos. Los núcleos que crecen demasiado lentamente —cuanto menor sea la metalicidad de la nube colapsante, más lentamente crecen los núcleos— no pueden capturar gas. "Si el tiempo de vida de un disco es de cuatro millones de años y le lleva cinco millones de años construir un núcleo, entonces no tendrá suerte", dice Laughlin. "Pero si puede construir el núcleo en unos 2,5 millones de años, tendrá todavía mucho gas disponible".

Ambos tipos de planetas pueden verse en nuestro sistema solar. "El Sol es una estrella rica en metales, pero no demasiado", dice Laughlin. Cuando nuestro sistema solar se estaba formando, había suficiente material pesado cerca de Júpiter y Saturno para formar rápidamente sus núcleos, y capturaron gas. Neptuno y Urano, sin embargo, no lo lograron.

Hay una fuerte correlación entre la metalicidad solar alta y los Júpiters calientes. El panorama es más difuso, no obstante, para los Júpiters excéntricos, planetas con órbitas elípticas elongadas que están a una distancia promedio de unas 3 UA de sus estrellas. Y es aún más difuso para planetas con órbitas como la de Júpiter. A los planetas que están a 5 UA, o más, les lleva más de una década completar su viaje alrededor de sus estrellas; y los astrónomos recién empiezan a confirmar su presencia.

Pero Laughlin piensa que sabe qué esperar una vez que tenga todos los datos: un montón de planetas con masa semejante a Neptuno, algunos tan masivos como Saturno, en órbitas como la de Júpiter. ¿Por qué Neptunos? Por la metalicidad. La mayoría de las estrellas que los cazadores de planetas estadounidenses están estudiando tienen un poco más de la mitad de la metalicidad del Sol. Esto es suficiente para formar un gran planeta rocoso como Neptuno. Los Neptunos no tienen límites de tiempo para formarse. Pero los que no puedan formar un núcleo rápidamente, no podrán ser gigantes gaseosos.

Entonces, ¿Cuáles son las perspectivas de encontrar sistemas solares que contengan planetas como la Tierra? Bastante buenas, según Laughlin. Los sistemas solares que hasta el momento se han hallado, aquellos que contienen Júpiters calientes o Júpiters excéntricos, probablemente no contengan planetas habitables como la Tierra. Los movimientos de estos gigantes cercanos a su sol impedirían a los planetas de tipo terrestre formar órbitas estables en la zona habitable. Pero un sistema solar con un planeta grande en una órbita circular a una distancia de 5 UA —aún uno que tenga el tamaño de Neptuno— es un sistema solar en el cual un planeta habitable como la Tierra podría existir con bastante comodidad.

En realidad, Laughlin cree que, cuando tengamos todos los datos, descubriremos cientos de estrellas cercanas con sistemas solares muy parecidos al nuestro, aunque la mayoría de ellos tendrá un Neptuno o un Saturno a 5 UA, y no un Júpiter. Es verdad que los cazadores de planetas no han encontrado aún este tipo de planetas. Pero eso no significa que no existan. Los astrónomos simplemente no han estado buscando suficiente tiempo como para confirmar su presencia. Con las actuales técnicas de detección de planetas, dice Laughlin, "No es que uno descubra un planeta y listo, con una única observación. Los planetas emergen gradualmente", como resultado de muchas, muchas observaciones a lo largo del tiempo.

Entonces, ¿cuánto tiempo llevará encontrar tales mundos? Bueno, esta es la parte desafortunada de la historia. Aunque los astrónomos ya han comenzado a detectar grandes planetas en órbitas como la de Júpiter, tomará otros 10 ó 20 años completar el censo de planetas que orbitan a unas 5 UA de sus estrellas. "La cantidad de paciencia que uno debe ejercitar para conseguir un verdadero análogo de Júpiter es enormemente mayor que la requerida para encontrar y detectar un Júpiter caliente o un gigante excéntrico", dice Laughlin. Pero si se considera que diez años atrás nadie sabía a ciencia cierta si había o no un solo planeta alrededor de una estrella distinta de nuestro Sol, quizá otros 10 ó 20 años no sean realmente un tiempo muy largo para esperar.