Los sistemas binarios pueden soportar planetas

Ilustración informática de una estrella binaria. Crédito de la imagen: Institución Carnegie. Click para agrandar.
Un nuevo trabajo teórico muestra que la formación de planetas gigantes gaseosos puede ocurrir alrededor de estrellas binarias de la misma manera que ocurre alrededor de estrellas individuales como el Sol. El trabajo fue presentado hoy por el Dr. Alan Boss del Departamento de Magnetismo Terrestre (DTM) de la Institución Carnegie en la reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Washington, DC. Los resultados sugieren que los planetas gigantes gaseosos, como Júpiter, y los planetas habitables similares a la Tierra podrían ser más frecuentes de lo que se pensaba anteriormente. Un artículo que describe estos resultados ha sido aceptado para su publicación en el Astrophysical Journal.

“Tendemos a centrarnos en buscar otros sistemas solares alrededor de estrellas como nuestro Sol”, dice Boss. “Pero estamos aprendiendo que se pueden encontrar sistemas planetarios alrededor de todo tipo de estrellas, desde púlsares hasta enanas M con solo un tercio de la masa de nuestro Sol”.

Dos de cada tres estrellas de la Vía Láctea son miembros de un sistema estelar binario o múltiple, en el que las estrellas orbitan entre sí con separaciones que pueden variar desde estar casi en contacto (binarias cercanas) hasta miles de años luz o más (binarios amplios). La mayoría de los binarios tienen separaciones similares a la distancia del Sol a Neptuno (~30 AU, donde 1 AU = 1 unidad astronómica = 150 millones de kilómetros, la distancia de la Tierra al Sol).

No ha quedado claro si la formación de un sistema planetario podría ocurrir en sistemas estelares binarios típicos, donde las fuertes fuerzas gravitatorias de una estrella podrían interferir con los procesos de formación de planetas alrededor de la otra estrella, y viceversa. El trabajo teórico anterior había sugerido, de hecho, que las estrellas binarias típicas no podrían formar sistemas planetarios. Sin embargo, los cazadores de planetas han encontrado recientemente varios planetas gigantes gaseosos en órbita alrededor de estrellas binarias con un rango de separaciones.

Boss descubrió que si el calentamiento por choque resultante de las fuerzas gravitatorias de la estrella compañera es débil, entonces los planetas gigantes gaseosos pueden formarse en discos formadores de planetas de la misma manera que lo hacen alrededor de estrellas individuales. El disco de formación de planetas permanecería lo suficientemente frío como para que los granos de hielo se mantuvieran sólidos y, por lo tanto, permitirían el crecimiento de los núcleos sólidos que deben alcanzar el tamaño de masas múltiples de la Tierra para que el mecanismo convencional de formación de planetas gigantes gaseosos (acreción de núcleos) tenga éxito.

Los modelos de Boss muestran aún más directamente que el mecanismo alternativo para la formación de planetas gigantes gaseosos (inestabilidad del disco) puede proceder tan bien en sistemas de estrellas binarias como alrededor de estrellas individuales y, de hecho, incluso puede ser alentado por las fuerzas gravitatorias de la otra estrella. . En los nuevos modelos de Boss, el disco de formación de planetas en órbita alrededor de una de las estrellas se impulsa rápidamente para formar densos brazos espirales, dentro de los cuales se forman grupos de gas y polvo que gravitan por sí mismos y comienzan el proceso de contracción hasta alcanzar tamaños planetarios. El proceso es sorprendentemente rápido, requiere menos de 1.000 años para que se formen grumos densos en un disco que de otro modo no tendría características. Habría mucho espacio para que se formaran planetas similares a la Tierra más cerca de la estrella central después de que se hayan formado los planetas gigantes gaseosos, de la misma manera que se cree que se formó nuestro propio sistema planetario.

Boss señala: «Este resultado puede tener profundas implicaciones en el sentido de que aumenta la probabilidad de que se formen sistemas planetarios parecidos al nuestro, porque las estrellas binarias son la regla en nuestra galaxia, no la excepción». Si las estrellas binarias pueden albergar sistemas planetarios compuestos por planetas gigantes gaseosos exteriores y planetas interiores similares a la Tierra, entonces la probabilidad de otros mundos habitables de repente se vuelve aproximadamente tres veces más probable: hasta tres veces más estrellas podrían ser posibles anfitriones de sistemas planetarios. parecida a la nuestra. Los planes de la NASA para buscar y caracterizar planetas similares a la Tierra en la próxima década tendrían muchas más probabilidades de éxito.

Una de las preguntas clave que quedan sobre los modelos teóricos es la cantidad correcta de calentamiento por choque dentro del disco de formación de planetas, así como la pregunta más general de qué tan rápido se puede enfriar el disco. Boss y otros investigadores están trabajando activamente para comprender mejor estos procesos de calentamiento y enfriamiento. Dada la creciente evidencia observacional de planetas gigantes gaseosos en sistemas de estrellas binarias, los nuevos resultados sugieren que el calentamiento por choque en discos binarios no puede ser demasiado grande, o evitaría la formación de planetas gigantes gaseosos.

Fuente original: Comunicado de prensa Carnegie