Los exoplanetas rocosos y sus estrellas anfitrionas podrían tener una composición similar
Las estrellas recién formadas están rodeadas por un disco protoplanetario. Una fracción del material del disco se condensa en bloques formadores de planetas y el resto finalmente cae en la estrella. Debido a su origen común, los investigadores han asumido que la composición de estos bloques y la de los planetas rocosos de baja masa debería ser similar a la de sus estrellas anfitrionas. Sin embargo, hasta ahora, el Sistema Solar era la única referencia disponible para los científicos.
Ilustración de la formación de un planeta alrededor de una estrella similar al Sol, con rocas y moléculas de hierro, en primer plano. / Tania Cunha (Planetário do Porto – Centro Ciência Viva & Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço)
En una nueva investigación, publicada ayer en la revista Science, un equipo internacional de astrónomos liderado por el investigador del Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) Vardan Adibekyan, en el que participa el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha establecido por primera vez una correlación entre la composición de los exoplanetas rocosos y la de sus estrellas anfitrionas. El estudio también muestra que esta relación no se corresponde de manera exacta, como se suponía anteriormente.
“El equipo descubrió que la composición de los planetas rocosos está íntimamente ligada a la composición de la estrella anfitriona, lo que nos podría ayudar a identificar planetas que pueden ser similares al nuestro», explica Vardan Adibekyan, autor principal del estudio. «Además, el contenido de hierro de estos planetas es más alto de lo que uno podría predecir por la composición de los discos protoplanetarios en los que se formaron, lo que se debe a las características específicas de los procesos de formación de planetas y a la química de estos discos”. Y añade: “Nuestro trabajo muestra modelos de formación planetaria con un nivel de certeza y detalle que no tiene precedentes”.
Para Garik Israelian, investigador del IAC y coautor del descubrimiento, este resultado era impensable en el año 2000. “En ese momento habíamos tratado de encontrar una correlación entre la composición química de algunas estrellas de tipo solar y la presencia de planetas a su alrededor (o de sus características orbitales). Era difícil imaginar que veinte años después ampliaríamos esos estudios al incluir abundancias de metales de planetas similares a la Tierra”, destaca.
Y agrega: “Para nosotros parecía ciencia ficción. No se conocían planetas similares a la Tierra y nuestra investigación se centró únicamente en los planetas anfitriones y en sus parámetros orbitales alrededor de esas estrellas. Y hoy estamos estudiando la composición química del interior y las atmósferas de planetas extrasolares. Es un gran salto”.
Para lograr establecer esta relación, el equipo seleccionó veintiún de los planetas rocosos caracterizados con mayor precisión, utilizando sus medidas de masa y radio para determinar su densidad, así como su cantidad de hierro. También utilizaron espectros de alta resolución recopilados con espectrógrafos de última generación instalados en grandes observatorios de todo el mundo, como el de Mauna Kea (Hawái), La Silla y Paranal (Chile) y el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma), para determinar la composición de sus estrellas anfitrionas y la de los componentes más críticos para la formación de rocas en los discos protoplanetarios.
“Comprender el vínculo compositivo entre las estrellas y sus planetas ha sido un aspecto fundamental de la investigación en nuestro centro durante más de una década. Utilizando los mejores espectrógrafos de alta resolución, como HARPS o ESPRESSO del Observatorio Europeo Austral (ESO), nuestro equipo ha recopilado espectros de estrellas anfitrionas de exoplanetas durante varios años. Estos espectros se han utilizado para determinar las propiedades estelares y la abundancia de las anfitrionas, y los resultados se han recopilado en el catálogo público SWEET-Cat”, señala Nuno Santos, investigador del IA y coautor del trabajo.
El equipo también encontró un resultado intrigante. Descubrieron diferencias en la fracción de hierro que presentan las supertierras y los supermercurios, lo que implica que estos planetas parecen ser poblaciones distintas en términos de composición, con implicaciones para su formación. Este hallazgo requerirá más estudios ya que las simulaciones de formación de planetas que incorporan colisiones, por sí solas, no pueden reproducir los supermercurios de mayor densidad. “Comprender la formación de los supermercurios nos ayudará a comprender la densidad peculiarmente alta de Mercurio”, asegura Adibekyan.
Esta investigación se enmarca dentro del proyecto “Propiedades de las estrellas con planetas extrasolares o Pruebas Observacionales de los Procesos de Nucleosíntesis en el Universo” iniciado en el año 2000 por el investigador del IAC, Garik Israelian; Michel Mayor, Premio Nobel de Física en el año 2019; y Nuno Santos, investigador del IA.
Decenas de publicaciones sobre este tema le otorgaron gran reconocimiento a este equipo al otorgarles el premio internacional Viktor Ambartsumian en 2010, considerado uno de los galardones de mayor relevancia en el campo de la Astrofísica, después del premio Nobel.
Referencia
Vardan Adibekyan et al. A compositional link between rocky exoplanets and their host stars. Science, octubre de 2021. DOI: 10.1126/science.abg8794
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