¿Qué tan estables son los sistemas planetarios? ¿Continuarán siempre la Tierra y sus siete hermanos en sus firmes caminos celestiales, o algún día podríamos ser expulsados aleatoriamente de nuestro hogar cósmico?
Los físicos comprenden las reglas que gobiernan las órbitas de dos cuerpos celestes, pero tan pronto como se suma un tercero (y mucho menos un cuarto, quinto o centésimo), la dinámica se vuelve mucho más compleja. Surgen inestabilidades impredecibles, en las que un objeto puede ser expulsado aleatoriamente al espacio o caer dentro de su estrella anfitriona.
El llamado “problema de los tres cuerpos” ha preocupado a los científicos durante siglos (y más recientemente constituye la premisa de un serie más vendida de novelas de ciencia ficción y nueva adaptación de Netflix). Un obstáculo para comprenderlo ha sido que sabemos relativamente poco acerca de cuán común es que surjan inestabilidades tan catastróficas.
En un nuevo estudio publicado en Naturaleza, nosotros y nuestros colegas hemos arrojado algo de luz sobre esta cuestión. En un estudio de estrellas cercanas, encontramos que uno de cada doce pares de estrellas puede haber devorado un planeta, probablemente porque el planeta desarrolló un “bamboleo” en su órbita y cayó dentro de la estrella.
estudiando gemelos
Nuestro estudio encontró que al menos el 8% de los pares de estrellas en nuestra muestra muestran anomalías químicas que indican que una estrella había engullido material planetario que alguna vez la orbitó.
Para detectar esta señal sutil, tuvimos que descartar otras posibles explicaciones para estos patrones químicos. Por eso nos centramos en las “estrellas gemelas”, que se sabe que nacieron al mismo tiempo a partir de la misma mezcla de materiales.
Este enfoque puede eliminar factores de confusión, de la misma manera que los estudios de gemelos a veces se utilizan en investigaciones sociológicas o médicas.
El resultado proviene de un estudio de estrellas gemelas llamadas C3PO que uno de los autores (Ting) inició en los EE. UU., y al que más tarde se unieron Liu y otros.
Nuestro equipo recopiló una muestra exquisita de datos espectroscópicos de 91 pares de estrellas gemelas, muchas veces más grande que estudios similares realizados en el pasado.
Descubrimos que algunas estrellas se diferenciaban de sus gemelas y mostraban un patrón químico distinto con mayores cantidades de ciertos elementos como hierro, níquel y titanio en comparación con otros como el carbono y el oxígeno. Estas diferencias indican una fuerte evidencia de que la estrella ha ingerido un planeta.
Las inestabilidades pueden ser inesperadamente comunes
Si una estrella anfitriona envuelve a uno o más miembros de un sistema planetario, sugiere que debe haber ocurrido cierta inestabilidad en la dinámica del sistema.
Las simulaciones sugieren que tal inestabilidad puede ser común en la vida temprana de un sistema planetario: los primeros 100 millones de años aproximadamente. Sin embargo, cualquier rastro de planetas hundidos durante este período temprano sería indetectable en las estrellas que observamos, que tienen miles de millones de años.
Esto sugiere que las anomalías químicas que vimos fueron causadas por inestabilidades más recientes, lo que provocó que las estrellas consumieran algunos planetas o material planetario.
Esta revelación no es del todo inesperada. Los teóricos que estudian la dinámica planetaria, incluido nuestro coautor Bertram Bitsch, han observado que se sabe que muchos sistemas planetarios son inestables, especialmente entre sistemas con una especie de planeta llamado “súper Tierra”, planetas algo más grandes que la Tierra pero mucho más pequeños. que gigantes como Júpiter.
Los sistemas que incluyen un planeta súper Tierra pueden ser particularmente inestables. El tira y afloja gravitacional entre la estrella anfitriona y sus planetas masivos podría generar inestabilidad.
Un delicado equilibrio
Nuestro estudio nos anima a reconsiderar nuestro lugar en el universo. Si bien damos por sentada la estabilidad en nuestro Sistema Solar, esto puede no ser normal en todo el cosmos.
Nuestro estudio no sugiere que sea probable que veamos tales inestabilidades en nuestro propio Sistema Solar. Sin embargo, incluso con nuestros nuevos resultados, es importante reconocer que la hundimiento y la inestabilidad del planeta todavía ocurren sólo en una minoría de los casos.
Esperamos que nuestro estudio inspire a más personas a estudiar los sistemas planetarios y su relación con sus estrellas anfitrionas. Nuestra comprensión de la dinámica de los sistemas de cuerpos múltiples es todavía muy incompleta.
A medida que continuamos explorando los misterios del cosmos, estudios como este nos recuerdan el delicado equilibrio que permite que la vida prospere en la Tierra y la posible fragilidad de nuestro hogar cósmico.
Yuan Sen TingProfesor asociado, Astrofísica, Universidad Nacional Australiana y fan liuInvestigador, Facultad de Física y Astronomía, Universidad Monash
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