Cuestionadas tres teorías sobre la formación de los planetas

1 de marzo de 2011

Según un destacado astrónomo, cuantos más planetas descubrimos, menos sabemos sobre la formación de los sistemas planetarios.

De acuerdo con Geoffrey Marcy, de la Universidad de Berkeley, California, los astrónomos viven una edad de oro con más de 500 planetas confirmados que orbitan alrededor de otras estrellas.

Sin embargo, han dado muchos quebraderos de cabeza a los teóricos porque, según él, muchos de estos nuevos descubrimientos desafían  los modelos existentes sobre formación de los planetas (artículo relacionado: “El descubrimiento de un cuarto planeta en un sistema planetario similar al nuestro confunde a los astrónomos”).

Las teorías actuales defienden que los planetas se formaban a partir de discos compuestos del gas y polvo sobrantes tras el nacimiento de una estrella.

Siempre se ha creído que en nuestro sistema solar los planetas gigantes gaseosos, como Júpiter y Saturno, tomaron forma a gran distancia y migraron hacia dentro, mientras el arrastre gravitacional del polvo y el gas sobrantes fueron erosionando sus órbitas.

Este proceso migratorio se detuvo cuando la mayor parte del gas y del polvo fue arrastrada para formar varios objetos, dejando a los planetas más o menos como hoy los vemos.

En teoría, otras estrellas con planetas deberían haber nacido de forma parecida. Sin embargo, y siempre de acuerdo con Marcy, esta teoría tiene consecuencias no acordes con la realidad.

Primera consecuencia: todas las órbitas planetarias deberían ser circulares.

Es posible que algunos planetas nacieran con órbitas excéntricas, moviéndose alrededor de su estrella en óvalos alargados. Sin embargo, Marcy sostiene que a medida que un planeta se acerca a su estrella, el arrastre gravitacional debería suavizar su órbita, al igual que un objeto da vueltas al caer a un desagüe.

Los ocho planetas de nuestro sistema solar tienen, en líneas generales, órbitas circulares, y las simulaciones sobre formación de los planetas a partir de discos sugieren que debería haber numerosos sistemas parecidos.

Sin embargo, en realidad solamente uno de cada tres de los exoplanetas conocidos tiene una órbita circular o casi circular.

Segunda consecuencia: con algunas excepciones, todos los elementos de un sistema solar deberían orbitar en el mismo plano y en la misma dirección.

Los ocho planetas de nuestro sistema solar orbitan en la misma dirección a lo largo de la eclíptica, un plano que está casi alineado con el Ecuador del sol. Esto tiene sentido si los planetas tomaron forma dentro de los discos planos de material que giran alrededor de las estrellas recientes.

Estos modelos se basan en la idea de que el arrastre gravitacional de los discos es la influencia principal sobre los planetas cuando éstos migran. Basándonos en esta teoría, los planetas deberían continuar en la eclíptica y seguir la rotación de sus estrellas.

Sin embargo, aproximadamente una de cada tres órbitas de exoplanetas está “desalineada”. Algunos orbitan en la dirección opuesta a la rotación de sus estrella, otros se inclinan hacia fuera de la eclíptica, igual que los satélites meteorológicos que pasan sobre los polos de la Tierra en lugar de sobre el Ecuador.

“Hay inclinaciones orbitales por todas partes”, comentó Marcy.

Tercera consecuencia: los planetas de tamaño similar al de Neptuno deberían ser poco comunes en el universo.

Las teorías sobre el arrastre del gas también defienden que los planetas con masa comprendida entre tres veces la masa de la Tierra y la masa de Júpiter deberían ser poco comunes. Esto se debe a que afirman que la velocidad de migración es proporcional a la masa del planeta, comentó Alessandro Morbidelli, del Laboratorio Cassiopee de Niza, Francia.

Los planetas más pequeños que la Tierra pueden sobrevivir con facilidad en el disco porque migran a velocidad lenta. Los planetas con masa comprendida entre la masa de la Tierra y la de Urano migran tan rápido que deberían ser absorbidos por la estrella central. Los planetas que crecen lo suficientemente rápido como para convertirse en gigantes gaseosos absorben todo el gas que les rodea, ralentizando su velocidad de migración y otorgándoles la oportunidad de sobrevivir.

Sin embargo, de acuerdo con los descubrimientos de los “cazadores de planetas”, Marcy afirma que hay demasiados planetas del tamaño de Neptuno como para aceptar esta teoría.

El rango de tamaño que debería ser el menos común, entre 3 y 15 veces el tamaño de la Tierra, es en realidad el más habitual. Los planetas considerablemente más pequeños son difíciles de detectar y no permiten, por tanto, elaborar estadísticas precisas.

“Esta teoría ha fracasado”, afirmó Marcy el mes pasado en la reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Seattle, Washington.

Los nuevos descubrimientos siguen poniendo las teorías en tela de juicio.

Marcy opina que parte del problema es que los teóricos han prestado demasiada atención a las interacciones con el gas y el polvo y no la suficiente a las interacciones entre planetas.

“Podría ser el principal origen de las migraciones, lanzándolos a órbitas excéntricas e inclinaciones elevadas”, afirmó.

Mientras tanto, comentó, los nuevos avances en astronomía probablemente añadan muchos exoplanetas nuevos “que darán a los teóricos más motivos para subirse por las paredes.”

Es posible que la teoría esté bien, pero las simulaciones deben mejorar

Sin embargo, algunos expertos no están preparados para dejar de lado las teorías actuales.

“Estoy completamente de acuerdo en que la distribución estadística de los planetas que sugieren las simulaciones es distinta de lo que vemos”, afirmó Hal Levison, científico del Southwest Research Institute de Boulder, Colorado.

Según él, el problema es que la teoría exige tal estudio matemático que una simulación por ordenador pormenorizada podría llevar meses. “Solamente pueden llevarse a cabo unas pocas simulaciones” en el tiempo asignado, afirmó.

En su opinión, para llevar a cabo simulaciones suficientes que permitan obtener resultados significativos, es necesario utilizar versiones reducidas de esas simulaciones. Pero las más “rápidas” tienen un precio y el fracaso a la hora de ajustarlas a la realidad  de los exoplanetas no significa necesariamente que la teoría no sea correcta.

“Lo único que podemos afirmar con seguridad es que estas simulaciones no funcionan”, afirmó Levison. “Son malas.”

“No creo que aporten nada todavía a nuestros conceptos básicos sobre la formación de los planetas.”