Las estrellas binarias muy apartadas pueden causar estragos en sus sistemas planetarios

Es probable que al menos uno de nuestros planetas gigantes sería expulsado si el Sol tuviese una estrella compañera

Un equipo internacional de astrofísicos ha demostrado que los sistemas planetarios con estrellas binarias muy distantes son particularmente susceptibles a desarreglos violentos, más que los sistemas con dos compañeras estelares con órbitas próximas una alrededor de la otra.

El equipo, dirigido por Nathan Kaib, de la Universidad Northwestern, ha llevado a cabo 3.000 simulaciones por ordenador para estudiar los efectos de las compañeras estelares binarias (algunas con órbitas apretadas alrededor de la otra, y otras con órbitas amplias o distantes) sobre la formación y evolución de los sistemas planetarios.

Los investigadores encontraron que las estrellas binarias apartadas pueden dar lugar a dramáticos acontecimientos en los sistemas planetarios en algún momento de su historia. En un sistema hipotético, los investigadores agregaron al Sistema Solar de la Tierra una compañera binaria alejada. Esto produjo que al menos uno de los cuatro planetas gigantes (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) fuesen expulsados en casi la mitad de las simulaciones.

En los modelos de computadora, estas eyecciones típicamente se retrasaron miles de millones de años, por lo que los sistemas planetarios pasaban la primera parte de su vida sin sentir los efectos de las estrellas binarias. Sólo después de que las órbitas binarias se hicieran muy excéntricas se alteraron catastróficamente los sistemas planetarios.

Los astrofísicos también encontraron evidencia sustancial de que este proceso se produce regularmente en sistemas planetarios extrasolares conocidos.

El estudio fue publicado el 6 de enero de la revista Nature. Kaib también presentarán las conclusiones a las 10:30 am PST (hora estándar del Pacífico) de hoy (07 de enero, 15:30 hs de Argentina), en una conferencia de prensa en la reunión 221a de la Sociedad Astronómica Americana en Long Beach, California

A diferencia del Sol, muchas estrellas son miembros de sistemas estelares binarios —en los que dos estrellas orbitan entre sí—, y los sistemas planetarios de estas estrellas puede ser alterados por la gravedad de sus estrellas compañeras binarias, que a su vez puede ser afectada por otras fuerzas.

Las órbitas de las compañeras estelares muy lejanas o amplias a menudo llegan a ser muy excéntricas —menos circulares— con el tiempo, conduciendo a la estrella que era lejana a una órbita que se sumerge en el sistema, pasando muy cerca de los planetas una vez por periodo orbital. (Los planetas orbitan la estrella menos lejana del sistema binario.) La gravedad de esta compañera que pasa cerca puede causar estragos en los sistemas planetarios, provocando dispersiones planetarias, e incluso eyecciones.

«Las órbitas estelares binarias amplias son muy sensibles a las perturbaciones de otras estrellas pasajeras, y también al campo de marea de la Vía Láctea», dijo Kaib, becario postdoctoral en el Centro Interdisciplinario para la Exploración e Investigación en Astrofísica (CIERA) y el departamento de física y astronomía en el Colegio Weinberg de Artes y Ciencias de Northwestern.

«Esto hace que sus órbitas estelares cambien constantemente su excentricidad; su grado de circularidad», dijo. «Si una binaria apartada dura lo suficiente, con el tiempo se encontrará con una excentricidad orbital muy alta en algún momento de su existencia.»

Kaib estaba interesado en estudiar binarias apartadas porque, a diferencia de las estrellas binarias cerradas, estos sistemas han quedado prácticamente sin estudiar. Las estrellas binarias abiertas están separados por más de 1.000 unidades astronómicas (UA). La UA que representa la distancia entre la Tierra y el sol.

Cuando una órbita binaria amplia se convierte en muy excéntrica, las dos estrellas pasarán muy cerca una vez por órbita en un lado de la elipse orbital, y estarán muy lejos en el otro lado de la elipse. Esto puede tener consecuencias nefastas para los planetas en estos sistemas, ya que la gravedad de la estrella que se aproxima puede cambiar radicalmente las órbitas planetarias alrededor de la otra estrella, provocando la dispersión de los planetas entre sí y, a veces su expulsión al espacio interestelar.

El proceso para que un sistema planetario sea afectado por una binaria apartada lleva cientos de millones de años, a veces miles de millones de años, para producirse.

«En consecuencia, los planetas en estos sistemas inicialmente se forman y evolucionan como si orbitaran una estrella aislada», dijo Kaib. «Es sólo mucho más tarde que empiezan a sentir los efectos de su estrella compañera, que a menudo conduce a la disrupción del sistema planetario».

Kaib, quien también es miembro nacional en el Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica en la Universidad de Toronto, llevó a cabo las simulaciones por ordenador del proceso con el profesor de física de la Universidad de Queen Martin Duncan, y Sean N. Raymond, investigador de la Universidad de Burdeos y la Centre National de la Recherche Scientifique en Francia.

«También encontramos que hay pruebas sustanciales de que este proceso se produce regularmente en conocidos sistemas planetarios extrasolares», dijo Duncan. «Se cree que los planetas se forman en órbitas circulares, y sólo llegan a tener órbitas muy excéntricas a causa de poderosas y/o violentas perturbaciones. Cuando nos fijamos en las excentricidades orbitales de los planetas que se sabe que residen en binarias apartadas, encontramos que son estadísticamente más excéntricas que las de los planetas alrededor de estrellas aisladas, como nuestro Sol «.

Los investigadores creen que esto es una señal inequívoca de acontecimientos planetarios de dispersión en el pasado, y los que tienen órbitas excéntricas se interpretan a menudo como supervivientes de inestabilidades que afectaron todo el sistema.

«Las excéntricas órbitas planetarias observadas en estos sistemas son esencialmente las cicatrices de las perturbaciones pasadas causadas por la estrella compañera», dijo Raymond.

Los investigadores señalan que esta señal de observación sólo se puede reproducir bien cuando se supone que el sistema planetario típico se extiende desde su estrella madre hasta 10 veces la distancia entre la Tierra y el Sol. De lo contrario, el sistema planetario es demasiado compacto para ser afectados incluso un compañero estelar en una órbita muy excéntrica.

«Recientemente, se han obtenido imágenes directas de planetas que orbitan a grandes distancias alrededor de sus estrellas», dijo Duncan. «Nuestro trabajo predice que tales planetas son comunes, pero hasta ahora han pasado casi desapercibidos.»

Fuente: EurekAlert. Aportado por Eduardo J. Carletti

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