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Rafael Rebolo | Instituto de Astrofísica de Canarias

Un equipo del Instituto de Astrofísica de Canarias observó el pasado año, por primera vez, evidencias de la migración planetaria, constatada en el hecho de que una estrella similar al Sol ha engullido uno de los planetas de su sistema, el primer caso de canibalismo galáctico del que se han obtenido pruebas rotundas. El investigador del CSIC y miembro del equipo que descubrió el suceso, Rafael Rebolo, explica en Astronomía Digital el alcance científico de este hallazgo planetario.




Otros mundos

Se conocen unas cien estrellas similares al Sol con planetas gigantes a su alrededor. En muchos casos se encuentran en lo que podríamos llamar nuestro vecindario galáctico. El sorprendente ritmo con el que se vienen descubriendo, unas diez al año, y el esfuerzo que varios grupos de astrónomos realizan para extender estas búsquedas, hace pensar que en breve tiempo tendremos una visión precisa de cómo se forman y evolucionan los sistemas planetarios. Por el momento, la técnica que ha permitido demostrar la existencia de planetas alrededor de otras estrellas sólo puede detectar planetas gigantes, como Júpiter o Saturno, en órbitas relativamente cercanas a su estrella central. Esta técnica se basa en medir con alta precisión los cambios de la velocidad de las estrellas que resultan de la atracción gravitatoria que los planetas ejercen sobre ellas. Otras técnicas basadas en interferometría y en fotometría de extraordinaria precisión podrán detectar planetas terrestres.

La primera estrella similar al Sol donde se encontró evidencia de un planeta gigante es 51 Peg. Sorprendió a todos la escasa distancia que la separa de su planeta, pues se encuentra mucho más cerca que Mercurio del Sol. Los astrónomos esperaban que el primer sistema planetario que se descubriera tuviese mayor parecido con el nuestro, que sus planetas gigantes estuviesen en órbitas muy distantes y los planetas de tipo terrestre en órbitas internas. Las ideas ampliamente aceptadas sobre el origen de los planetas como Júpiter, proponen que estos cuerpos se forman a partir de material de un disco proto-planetario en condiciones físicas que sólo se dan a grandes distancias de sus estrellas. El descubrimiento de 51 Peg b (así se denomina el planeta en cuestión), con una separación de su estrella unas cien veces más pequeña, rompió los esquemas de muchos investigadores. Poco tiempo después se descubrieron otros casos de planetas gigantes en órbitas muy cercanas a sus estrellas y hoy son muchos los ejemplos que podemos enumerar.

«Los astrónomos esperaban que el primer sistema planetario que se descubriera tuviese mayor parecido con el nuestro»
La teoría de formación de planetas ha tenido que incorporar un importante ingrediente: la migración planetaria. Los planetas gigantes se deben formar en regiones distantes pero debe haber procesos que causen la migración hacia sus estrellas. Estas migraciones pueden ser un fenómeno común en otras estrellas, y aunque afortunadamente no ocurren ahora en nuestro Sistema Solar, también pudieron ocurrir en él hace mucho tiempo.


Interacciones gravitatorias

Se piensa, por ejemplo, que Neptuno ha migrado de su lugar de nacimiento a regiones más externas del Sistema Solar. Los planetas pueden migrar de las regiones donde nacen por múltiples razones, la interacción con otros cuerpos y partículas del mismo sistema planetario es una de las más probables, pero también por interacciones gravitatorias esporádicas con otras estrellas del entorno. Sabemos muy poco acerca de la frecuencia y naturaleza de estos procesos, se piensa que son más frecuentes en las primeras etapas evolutivas, cuando las estrellas y planetas se están formando, pero desconocemos si el proceso se ha dado en alguno de los nuevos sistemas planetarios y con qué frecuencia ha podido ocurrir. Tampoco sabemos cómo puede detenerse un planeta que ha migrado hasta regiones tan próximas a su estrella como las que se observan en muchos casos.


Postulados probables

En el Instituto de Astrofísica de Canarias investigamos los procesos de formación de los planetas gigantes y de enanas marrones. Nuestro descubrimiento el año pasado de cuerpos similares a Júpiter aislados de estrellas en la región de Orión encaja con los escenarios de formación que postulan como probables la eyección y la migración de planetas consecuencia de interacciones gravitatorias de muchos cuerpos en sistemas complejos. En ese contexto, decidimos buscar un posible test que proporcionase base empírica a la migración de los planetas hacia sus estrellas. La hipótesis que decidimos contrastar fue la posible colisión de planetas con sus estrellas como consecuencia de procesos de migración. Aunque pudiera parecer descabellado, no lo es tanto, sabemos que al Sol caen con frecuencia cometas. ¿Cabría esperar alguna alteración química en la superficie de una estrella como el Sol que recibe el impacto de un planeta? La larga experiencia adquirida en el estudio de elementos ligeros como el litio en estrellas, y especialmente sobre su papel en la identificación y caracterización de enanas marrones, fue esencial para darse cuenta de que el isótopo litio-6 podría ser la pieza clave en el test que buscábamos. Este elemento que se destruye mediante reacciones nucleares en los interiores de estrellas como el Sol pero se preserva intacto en los planetas y enanas marrones de baja masa, podría ofrecer una prueba excepcional de la caída de material planetario a una estrella de tipo solar.

El test del litio-6 para migración planetaria y su primer resultado positivo en la estrella HD 82943 que contiene dos planetas gigantes en órbitas bastante excéntricas fue publicado en la revista Nature. La presencia de litio-6 en la atmósfera de esta estrella, con una proporción respecto a litio-7 similar a la contenida en los meteoritos del Sistema Solar sugiere que el elemento detectado en la estrella proviene probablemente de uno o más planetas que podrían haber caído a la misma como consecuencia de interacciones gravitatorias con algún otro planeta del sistema o con material protoplanetario. A partir de la cantidad de isótopos de litio medida, se pudo establecer aproximadamente las características del planeta que cayó a la estrella. Se podría haber tratado de un planeta gaseoso con 2 ó 3 veces la masa de Júpiter y una composición química similar a éste, o alternativamente un planeta de tipo terrestre que tuviese una composición química similar a la de los meteoritos del Sistema Solar. Esta estrella posee dos planetas gigantes con órbitas excéntricas, una posible indicación de que pudieron existir complicadas interacciones gravitatorias en el pasado.

Las estrellas como HD 82943, ligeramente más masivas que el Sol, destruyen su contenido inicial de litio-6 muy eficientemente en las primeras etapas evolutivas. Todos los modelos de estructura estelar coinciden en esto. Es un proceso extraordinariamente eficiente que puede tardar unos pocos millones de años y que tiene lugar cuando la estrella es totalmente convectiva. Transcurrida esa etapa inicial la convección y mezcla de material se limita a una zona superficial que no es capaz de alcanzar las temperaturas necesarias para destruir el litio-6, por lo que la ingestión de un planeta puede enriquecer la superficie de la estrella con este isótopo de forma permanente. Es cierto que las mismas estrellas pueden producir litio-6 en sus capas altas como consecuencia de reacciones de astillado ocasionadas por protones y núcleos de helio acelerados en violentos procesos de liberación de energía magnética conocidos como flares.

«¿Cabría esperar alguna alteración química en la superficie de una estrella como el Sol que recibe el impacto de un planeta?»
La conclusión es que el litio-6 detectado proviene de un agente externo a la estrella. Si como creemos, puede ser resultado de la caída de un planeta, es probable que en otras estrellas de características similares también encontremos este elemento. Para estudiar la significación del resultado en términos estadísticos se ha iniciado un programa exhaustivo de búsqueda de litio-6 en todas las estrellas que tienen planetas conocidos y como muestra de referencia también se están estudiando estrellas donde no hay planetas gigantes en órbitas internas. Las observaciones de estrellas en el hemisferio sur se están realizando con uno de los telescopios VLT de 8m recientemente inaugurados por el European Southern Observatory en Chile.


Abundancias atmosféricas

En el hemisferio Norte se llevan a cabo con el telescopio William Herschel de 4,2 m y en el futuro con el telescopio italiano Galileo de 3,5m ambos en el Observatorio del Roque de los Muchachos en La Palma. La caída de planetas a estrellas puede producir anomalías en sus abundancias atmosféricas de otros elementos químicos. Hay evidencias de que el contenido de elementos metálicos en las estrellas con planetas supera al promedio de las estrellas de nuestro entorno. Aunque no es probable que se deba exclusivamente a fenómenos de caída de material planetario como el descrito, estos pueden ser en algunos casos la causa. Este nuevo campo de investigación promete ser muy interesante y quizás aporte importantes claves para entender cómo se forman y evolucionan los sistemas planetarios.

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Artículo cortesía de El Semanal de El Mundo.

Rafael Rebolo
Profesor del Centro Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
Coordinador de Investigación del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)
Vicepresidente del Observatorio Septentrional Europeo (ENO)

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