¿Héroe o villano? Un Júpiter puede salvar o destruir a un Neptuno mientras la estrella anfitriona se transforma en Gigante Roja

Nuestro Sol, como cualquier otra estrella de baja masa, sufrirá una metamorfosis dentro de unos 6 mil millones de años, aproximadamente el doble de su edad actual, transformándose en una enana blanca. Pero antes, pasará por el estado de Gigante Roja, durante el cual se expandirá hasta aproximadamente la órbita de la Tierra y perderá cerca del 25% de su masa. Durante esta etapa, los planetas que lo acompañan sufrirán las consecuencias de esta transformación: los más internos, como Mercurio y Venus, serán los más perjudicados ya que el Sol los tragará, mientras que los planetas más externos como Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno sólo sufrirán una expansión de sus órbitas. Ahora bien, el destino de planetas en regiones intermedias, como La Tierra o Marte, no es tan claro. 

En un reciente trabajo liderado por María Paula Ronco, investigadora postdoctoral del Núcleo Milenio de Formación Planetaria, junto con Matthias Schreiber, subdirector del NPF, se estudió esta situación, particularmente para un sistema planetario hipotético formado por un planeta de la masa de Júpiter y por otro, más interno, de la masa de Neptuno. Antes de esta investigación se habían realizado otras pero nunca se había considerado más de un planeta de manera simultánea.

Para realizar esta investigación se desarrollaron simulaciones numéricas utilizando un código de N-cuerpos, que permite computar las interacciones gravitatorias entre todos los planetas de un sistema planetario, y que tiene en cuenta la evolución estelar y al cual se le incorporó el tratamiento de las mareas estelares. Esta investigación, en la que también participaron Jorge Cuadra y Octavio Guilera, investigadores asociado y adjunto del NPF, respectivamente, será publicada en la prestigiosa revista Astrophysical Journal Letters.

“Cuando las estrellas evolucionan y se expanden transformándose en gigantes rojas, pierden masa. Como la masa de la estrella disminuye, también disminuye la fuerza de atracción gravitatoria que ésta ejerce sobre los planetas que la rodean, y en consecuencia genera una expansión de sus órbitas. Por otro lado, el radio de la estrella aumenta en esta etapa y se producen las mareas estelares, que por el contrario, representan un decaimiento orbital que acerca los planetas a la estrella. La competencia entre estos dos fenómenos es crucial para determinar la supervivencia de un planeta a la etapa de gigante roja”, indica Ronco. 

La científica explica que encontraron diversos escenarios que muestran que las interacciones gravitatorias entre los planetas son súmamente importantes en estos procesos y que pueden cambiar drásticamente el destino de cada uno de los planetas que se estudian en conjunto. “En algunos casos nuestras simulaciones mostraron que ambos planetas sobreviven a la etapa de gigante roja, en otros encontramos que ambos planetas son tragados por la estrella central, y en algunos pocos encontramos que el planeta tipo Neptuno colisiona con Júpiter o es expulsado del sistema planetario”, agrega.

Sin embargo, los resultados más interesantes son los que muestran a un Júpiter héroe o villano. Por un lado, el equipo encontró simulaciones en las que el planeta tipo Júpiter es capaz de salvar al Neptuno de ser tragado por un Sol evolucionado, dispersándolo hacia una órbita más alejada, a pesar de que el destino de ese Neptuno hubiera sido indefectiblemente su destrucción si se lo hubiera estudiado aislado. Pero, por otro lado, también se encontraron simulaciones donde el Neptuno, que hubiera sobrevivido a la etapa de gigante roja de ser el único planeta, ve truncado su futuro por el efecto del Júpiter que lo empuja hacia la estrella central.

Otro resultado interesante que surge del análisis de las simulaciones, es que aquellos planetas tipo Neptuno que lograron sobrevivir a la etapa de Gigante Roja, adquirieron excentricidades entre moderadas y altas al final de esta etapa, debido a las interacciones gravitatorias con el planeta Júpiter. “Esta población de Neptunos excéntricos puede ser clave en el estudio de la contaminación de metales pesados que se observa reiteradamente en las atmósferas de muchas enanas blancas dado que pueden ser los desencadenantes de eventos de dispersión de pequeños cuerpos hacia las regiones cercanas a la estrella, aunque el estudio de desde gigante roja a enana blanca no ha sido incluído en estas simulaciones”, comenta Matthias Schreiber, quien también es académico del Instituto de Física y Astronomía de la Universidad de Valparaíso. 

“Como trabajo a futuro, estamos interesados en estudiar qué ocurre si consideramos planetas y estrellas de diferentes masas. Además, por el momento sólo tuvimos en cuenta sistemas planetarios formados por dos planetas, pero la naturaleza nos indica que los sistemas planetarios múltiples serían la norma. En ese caso, las interacciones gravitatorias en sistemas múltiples se vuelven más complejas y podrían afectar aún más los destinos finales de los planetas que los conformen. Por último queremos también estudiar qué ocurrirá con estos sistemas planetarios desde la etapa de gigante roja a enana blanca”, finaliza Ronco.

Publicación científica

 

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