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Astrofísica

Devoradoras de mundos

Al menos una cuarta parte de las estrellas como el Sol podrían haberse “tragado” planetas similares a la Tierra

La ilustración muestra un planeta a punto de ser “egullido” por una estrella

NASA / ESA / G. BACON

Un grupo internacional de astrofísicos que contó con la participación de Jorge Meléndez, del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (IAG-USP), ha hallado evidencias de que al menos una cuarta parte de las estrellas similares al Sol habrían evolucionado en un ambiente caótico e inestable desde el punto de vista gravitacional, lo que las llevó a “tragarse” a sus planetas. Si esta hipótesis es correcta, será importante para entender por qué es tan difícil hallar otros mundos como la Tierra y conjuntos planetarios similares al Sistema Solar. Los investigadores analizaron la composición química de más de 100 sistemas estelares binarios, formados por dos estrellas muy similares entre sí (cuasi gemelas) y del mismo tipo que el Sol, y hallaron una firma química que sugiere la canibalización de planetas.

En esos sistemas, ambas estrellas, que orbitan alrededor de un centro de gravedad común, casi siempre están constituidas por los mismos elementos químicos en proporciones idénticas. Ese es el patrón, porque ambas estrellas se originaron a partir de la misma nube espacial de polvo y gas. Empero, en más de la cuarta parte de los sistemas binarios analizados por los investigadores, una de las dos presenta una composición diferente a la de su compañera. “Posee una cantidad mayor de litio y hierro en comparación con su compañera”, comenta Meléndez, coautor del estudio sobre el tema publicado a finales de agosto en la revista científica Nature Astronomy, cuya investigación sobre las gemelas solares es financiada por la FAPESP.

La fuente de este exceso de hierro y, sobre todo, de litio, no pueden haber sido las nubes originales que formaron las estrellas de los sistemas binarios. El litio existe en ínfimas cantidades en las estrellas del tipo solar. Pero en los planetas rocosos, como la Tierra, o incluso en el núcleo de los planetas gaseosos gigantes, como Júpiter, hay litio en abundancia. Según los astrofísicos, la mejor explicación para la presencia excesiva de ese elemento en la composición de una estrella es la fragmentación de los planetas que antes orbitaban a su alrededor. “El litio se conserva incluso cuando los planetas se destruyen y habría sido capturado por una de las estrellas de estos sistemas binarios”, comenta Meléndez. El litio y el hierro provenientes de los planetas son disueltos en la capa exterior de las estrellas, la zona convectiva. En las estrellas similares al Sol, esta capa representa el 2 % de la masa total del astro.

No es la primera vez que se detecta esta discrepancia en la composición química de dos estrellas binarias. El propio astrofísico de la USP y sus colaboradores ya habían registrado esa anomalía, además de otros grupos de investigación. La diferencia es que ahora, las estrellas seleccionadas para el estudio, son las mayores en que se ha encontrado este fenómeno. Los autores del trabajo estudiaron 31 sistemas binarios (62 estrellas) con el espectrógrafo Harps, un instrumento dedicado a la búsqueda de exoplanetas instalado en el Observatorio La Silla, en Chile, administrado por el Observatorio Europeo del Sur (ESO). La información sobre los demás sistemas procede del análisis de la literatura científica.

Para el astrofísico italiano Lorenzo Spina, quien cumple una pasantía posdoctoral en el Observatorio Astronómico de Padua (Italia) y es el autor principal del artículo, el trabajo abre la posibilidad de utilizar el análisis químico de las estrellas para identificar aquellas con mayor probabilidad de albergar conjuntos planetarios análogos al Sistema Solar. “Existen millones de estrellas cercanas similares al Sol, empero, sin un método para identificar los objetivos más prometedores, la búsqueda de la Tierra 2.0 es como hallar una aguja en un pajar”, dice Spina, quien hizo un posdoctorado en la USP con Meléndez entre 2015 y 2017 mediante una beca de la Fundación, en una entrevista concedida a Pesquisa FAPESP.

Durante los últimos 25 años, se han descubierto unos 3.500 sistemas planetarios y casi 5.000 exoplanetas. También llamados planetas extrasolares, estos son mundos que orbitan alrededor de cualquier otra estrella que no sea el Sol. El problema reside en que hasta ahora, la arquitectura de estos otros sistemas planetarios es extremadamente diversa. “Probablemente, en los sistemas más dinámicos, parte del material planetario puede que haya sido atrapado por la estrella anfitriona. Sin embargo, aún se desconoce la frecuencia de esos sistemas caóticos en comparación con otros ambientes estables similares a nuestro Sistema Solar, cuya arquitectura ordenada sin duda ha propiciado el florecimiento de la vida en la Tierra”, comenta Spina. “Nuestra investigación aborda este tema y apunta que al menos una cuarta parte de los sistemas planetarios que orbitan estrellas similares al Sol han experimentado una evolución muy caótica y dinámica”.

Según el astrofísico José Dias do Nascimento Júnior, de la Universidad Federal de Rio Grande do Norte (UFRN), la ingestión de los planetas por su estrella hospedante es una idea propuesta desde el segundo lustro de la década de 1960, mucho antes de que se confirmara el hallazgo del primer exoplaneta, en 1995. Desde entonces, esta posibilidad ha sido pulida desde un punto de vista teórico, e impulsada por los nuevos datos recabados en las observaciones. “Este artículo de Spina y Meléndez proporciona por primera vez una estimación de la probabilidad de que este tipo de evento ocurra”, comenta Nascimento Júnior, quien también estudia estrellas gemelas del Sol, pero que no participó en ese trabajo. “De verificarse y confirmarse este resultado mediante la realización otros estudios, todo indica que los mundos estables y similares a la Tierra serían aún más raros, y que su detección será más difícil todavía”.

Proyecto
Espectroscopía de alta precisión: De las primeras estrellas a los planetas (nº 18/04055-8); Modalidad Proyecto Temático; Investigador responsable Jorge Meléndez (USP); Inversión R$ 3.219.049,95

Artículo científico
SPINA, L. et al. Chemical evidence for planetary ingestion in a quarter of Sun-like stars. Nature Astronomy. 30 ago. 2021.

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