Hace algunos días se anunció en todos los medios una noticia impactante: en torno a la estrella conocida como Trappist 1-A se encontró un sistema planetario con siete planetas rocosos, de tamaños similares al planeta Tierra, y con varios de ellos dentro de lo que se conoce como «zona de habitabilidad». Esta zona es, en realidad, una franja de espacio, a determinada distancia de Trappist 1-A, en la cual podría haber agua líquida ya que los planetas no están ni demasiado cerca de la estrella (evitando así que el agua se evapore) ni demasiado lejos (evitando que el agua se congele). Esta zona de habitabilidad depende de las características de cada estrella: estrellas más calientes tendrán esta zona más alejada, y estrellas más frías la tendrán mucho más cerca. En el caso de Trappist 1-A, se trata de una estrella mucho más pequeña y fría que nuestro Sol, con lo cual la zona de habitabilidad se encuentra muy cerca de la estrella. De hecho, todo el sistema planetario de Trappist 1-A se encuentra «comprimido» alrededor de la estrella si se lo compara con nuestro Sistema Solar: los siete planetas se encuentran a una distancia menor que el 10% de la órbita de Mercurio.

En la imagen a continuación (fuente: NASA) se realiza una comparación entre las órbitas de las órbitas de las lunas de Júpiter con las órbitas del sistema Trappist 1-A y las órbitas de los planetas de nuestro Sistema Solar (sólo llegando hasta Marte). Se puede observar que las diferencias son, literalmente, astronómicas.

Formación de sistemas planetarios

Más allá del descubrimiento en sí, cuando aparecen estas noticias muchos lectores se enteran que ya se han encontrado miles de planetas orbitando muchas estrellas, y que se han creado telescopios y misiones especiales para detectar exoplanetas. El estudio de sistemas planetarios en otras estrellas en distintas etapas de evolución ha sido muy útil para entender cómo se forman estos sistemas. Pero… ¿cómo sucede esto?

En líneas generales (y simplificando mucho) todo comienza con enormes nubes de gas que se encuentran distribuidas entre los espacios «vacíos» de las galaxias. Cuando decimos enormes nos referimos a nubes muy, muy grandes, de varias veces el tamaño de nuestro Sistema Solar. Estas nubes permanecen por millones de años tranquilas, flotando en la inmensidad del espacio, hasta que algún evento externo (por ejemplo, la explosión de una estrella cercana) genera una perturbación en una de estas nubes: algunas zonas de la nube comienzan a moverse, primero lentamente y luego acelerándose, colapsando por su propio peso. Este movimiento comienza a hacerse circular y cada vez más rápido: la nube comienza a dar vueltas sobre sí misma, y esta rotación provoca un achatamiento de manera similar a lo que ocurre con una masa de pizza cuando el maestro pizzero la arroja por el aire y la hace girar.

 

En algún momento, la nube de gas comienza a colapsar de manera acelerada, concentrando cada vez más y más gas en su centro. La enorme cantidad de masa que se concentra en el centro de la nube genera una fuerza de gravedad enorme, lo que provoca la fusión de los átomos de hidrógeno de la nube y da inicio a lo que se conoce como una protoestrella, que más adelante se convertirá en una estrella cuyo tamaño (y tiempo de vida) dependerá de la cantidad de masa con la que se formó. Compartimos este artículo del blog donde se habla un poco más en detalle sobre cómo se forman las estrellas.

Hasta aquí tenemos una estrella en formación. ¿Dónde quedaron los planetas? Si bien la mayor parte de la nube colapsó en el centro, una parte se alejó al momento del nacimiento de la estrella, producto de las reacciones nucleares que recién comenzaron. Estos restos de la nube, que siguen girando pero ahora alrededor de la estrella, comienzan a agruparse primero formando granos de polvo, luego pequeñas rocas y de a poco irán creciendo hasta formar planetas. La cantidad de planetas, su tamaño y la distancia a la estrella recién formada dependerá, como es de esperarse, de la masa original de la nube y de cuánta masa «absorbió» la estrella al formarse. Para darse una idea, en nuestro Sistema Solar, la estrella central (el Sol) concentra el 99,75% de la masa total. El restante 0,25% se reparte entre los ocho planetas principales (quizás nueve según algunas observaciones),  cinco planetas enanos, los cientos de satélites o lunas orbitando los planetas y planetas enanos,  y los miles de millones de objetos que se encuentran en el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter, el cinturón de Kuiper que se encuentra más allá de Neptuno, y la enorme nube de Oort que rodea todo nuestro Sistema Solar.

 

Es interesante conocer la cantidad de factores que afectan la formación de los distintos sistemas planetarios. Desde la UNLP se generan constantemente estudios que apuntan a profundizar algunos aspectos de estos enormes sistemas. Por ejemplo, el trabajo de Santiago Orcajo (2015), titulado Comportamiento del momento angular en estrellas jóvenes, estudia cómo es afectada la rotación estelar durante las primeras etapas evolutivas, en estrellas tardías, debido a la existencia de discos protoplanetarios. Allí se tomó una muestra de estrellas muy jóvenes (o sea, en sus primeras etapas de formación), se analizó si poseen discos de acreción a su alrededor, y se comparó la rotación de estas estrellas con estrellas sin discos de rotación (nunca lo tuvieron o ya lo perdieron), encontrando que aquellas que aún poseen disco rotan más rápido que las que no lo tienen.

La tesis titulada Formación simultánea de planetas gigantes por inestabilidad nucleada intentar contribuir a la comprensión de los procesos que dan lugar a la formación de sistemas planetarios como un todo. Allí, el autor del trabajo Octavio Miguel Guilera (2009) trabajó con modelos de crecimiento planetario en el contexto de un disco protoplanetario realista, y se enfocó la interacción que surge entre dos (o más) planetas gaseosos gigantes que crecen simultáneamente en un mismo disco protoplanetario. En nuestro Sistema Solar, tenemos cuatro planetas gaseosos gigantes (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno), con lo que este trabajo resulta más que interesante para nosotros los terrícolas.

Por último, el trabajo de María Paula Ronco (2013), Diversidad de sistemas planetarios sin gigantes gaseosos en discos de baja masa, analiza la diversidad de sistemas planetarios que podrían formarse alrededor de estrellas de tipo solar y sin gigantes gaseosos. O sea, toma una estrella similar a nuestro sol y elimina de la ecuación a planetas gaseosos gigantes. Para ello, trabaja con discos de baja masa, lo que limita la probabilidad de generar planetas gigantes (sin mucha materia prima no podemos hacer planetas demasiado grandes). Este estudio se basa en simulaciones sobre distintos escenarios, con discos protoplanetarios con diferentes perfiles de densidad superficial y con distintas configuraciones físicas y orbitales para formar los sistemas planetarios.

Además de estos tres estudios que seleccionamos para este artículo, el repositorio SEDICI cuenta con una gran variedad de trabajos sobre astronomía, evolución estelar, galaxias y formación planetaria, así que los invitamos a darse una vuelta por el repositorio para descargarse todos estos materiales.

Aparentemente, tener planetas alrededor de una estrella es mucho más común de lo creemos, con lo que podríamos fácilmente estimar que, sólo en nuestra galaxia, la Vía Láctea, hay miles de millones de planetas girando alrededor de muchas de las entre 100 mil millones y 400 mil millones de estrellas que posee según diferentes estimaciones. Y esto considerando una sola galaxia. Si además tenemos en cuenta que hay más de 100 mil millones de galaxias en el universo visible, la cantidad de planetas dando vueltas por ahí se vuelve incontable. Por último, si consideramos que los materiales para la formación de vida están por todo el Universo, las probabilidades de que estemos solos parecen muy pequeñas.