Aportan evidencia acerca de cómo influye el polvo que rodea a las estrellas sobre la dinámica de los planetas que se forman a su alrededor

Las estrellas nacen a partir de condensaciones de materia que tienen lugar dentro de enormes nebulosas de gas y polvo. Allí, la fuerza gravitatoria de esas condensaciones va atrayendo grandes cantidades de ese material circundante, que es comprimido hasta alcanzar altísimas temperaturas, lo que da lugar a la formación del nuevo astro. A medida que esto ocurre, alrededor de esa concentración central se va formando un disco rotante, conocido como protoplanetario, constituido principalmente por gases (hidrógeno y helio) y, en menor medida, polvo, en el que más tarde nacerán además los planetas que formarán parte de ese sistema.

Hasta el momento, los estudios sobre formación planetaria han desestimado la influencia que esa presencia minoritaria de polvo –apenas alcanza entre el 1 y el 2 por ciento de la composición del disco– tiene sobre la dinámica de los futuros planetas. Sin embargo, un equipo de astrónomos argentinos, dos de ellos afincados en Dinamarca y Chile y los otros dos desempeñándose como investigadores del CONICET en el Instituto de Astrofísica de La Plata (IALP, CONICET-UNLP), centraron su estudio en el rol del polvo en un proceso muy importante que se conoce como migración planetaria, es decir el cambio de órbita de los planetas motivado por las fuerzas de su entorno. El trabajo se publicó recientemente en la prestigiosa revista científica The Astrophysical Journal.

Según explican los astrónomos, dentro del disco, las fuerzas que hacen que un planeta migre son muchas, pero una de las más importantes es la fuerza gravitatoria del gas que, en la mayoría de las simulaciones computacionales, lleva a los planetas a acercarse a la estrella central. El problema que se plantea es que, si en todos los sistemas dominara el gas, todos los objetos deberían estar cerca de la estrella, lo que haría imposible explicar cómo y por qué existen planetas alejados del centro, como ocurre en nuestro Sistema Solar. Es por ello que, en 2018, los expertos argentinos Pablo Benítez Llambay y Martín Pessah, de la Universidad Adolfo Ibañez (UAI) de Chile y el Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague, Dinamarca, respectivamente, se propusieron explorar por primera vez mediante simulaciones hidrodinámicas cuál era el efecto que el polvo circunestelar, es decir que rodea a la estrella, podía tener en la interacción del planeta con el disco.

“Ese fue el primer estudio detallado sobre el rol del polvo en la dinámica de esos planetas, para ver si era tan cierto que ese pequeño componente de polvo en el disco era irrelevante. Y lo que ellos encontraron fue que efectivamente no lo era, que el polvo sí jugaba un papel importante”, cuenta Octavio Guilera, investigador del CONICET en el IALP y uno de los autores del trabajo de reciente publicación, y agrega: “Pudieron determinar que el polvo se concentra de manera asimétrica en torno al planeta, lo que genera un torque, es decir una fuerza gravitatoria que le hace cambiar su posición. En todas las investigaciones previas, se había estudiado el torque que provoca el gas, haciendo que los planetas vayan decayendo su órbita hacia el interior y terminen orbitando muy cerca de la estrella central, pero eso no alcanzaba a explicar la presencia de los muchos exoplanetas, o planetas extrasolares, que se ubican a distancias más alejadas. Lo que encuentran Pablo y Martín es que el polvo hace que los planetas migren en la dirección opuesta, espiralando su órbita hacia afuera”.

Un congreso realizado en 2019 hizo que los caminos de Bénitez Llambay y Pessah se crucen con los de Guilera y Marcelo Miller Bertolami, también investigador del CONICET en el IALP y autor del reciente estudio. “Allí surgió la idea de colaborar, vinculando sus simulaciones hidrodinámicas con los modelos teóricos de formación planetaria que trabajamos en La Plata”, cuenta Miller Bertolami, y añade: “Incorporamos sus resultados a nuestro modelo de formación planetaria, que venimos desarrollando desde hace unos años en el Grupo de Astrofísica de La Plata, y por primera vez pudimos inferir cómo es el impacto de ese torque en la migración de los planetas a lo largo de millones de años, que es lo que dura la vida de esos discos protoplanetario. Esto nos permitió ver en el tiempo cuál es la influencia del polvo a medida que el disco evoluciona y el planeta crece y migra”.

El estudio sistemático que realizaron los expertos ayudaría a explicar la tasa de ocurrencia, es decir el número de planetas que existen a distancias moderadas (la que hay entre la Tierra y Júpiter) y más alejadas, hasta dos veces la órbita de Neptuno, el planeta más lejano de nuestro Sistema Solar. “En el marco de la teoría clásica es difícil explicar cómo se forman esos planetas. Este nuevo mecanismo podría ayudar a hacerlo, porque uno puede ver la manera en que se forman los planetas en la parte interna del disco y, por el torque generado por el polvo, van migrando hacia afuera”, apunta Guilera. “Lo destacado de este trabajo –comenta Miller Bertolami– es que incorpora a los modelos de formación planetaria un ingrediente que es relevante y que hasta ahora no había sido tomado en cuenta y que nosotros entendemos que deberá comenzar a considerarse”.