En los fríos y oscuros confines de los sistemas planetarios, más allá de los planetas conocidos, existen gigantes gaseosos y masas planetarias que orbitan silenciosamente alrededor de sus estrellas, a veces a miles de unidades astronómicas (UA) de distancia. Durante años, los científicos han tratado de comprender cómo se forman estos planetas de «órbita amplia», incluyendo el elusivo Planeta Nueve, cuya existencia ha sido objeto de especulación en nuestro propio sistema solar. Recientemente, un equipo de astrónomos ha presentado una posible respuesta a este enigma.
En un estudio publicado en Nature Astronomy, investigadores de la Universidad Rice y del Instituto de Ciencias Planetarias han utilizado simulaciones complejas para demostrar que los planetas de órbita amplia no son anomalías, sino más bien subproductos naturales de una fase caótica en el desarrollo de los sistemas planetarios. Esta fase se produce cuando las estrellas aún están agrupadas en sus cúmulos de nacimiento y los planetas luchan por espacio en sistemas turbulentos y abarrotados.
El juego cósmico de los planetas
“Esencialmente, estamos observando pinballs en una arcade cósmica”, afirma André Izidoro, profesor asistente de ciencias de la Tierra, ambientales y planetarias en Rice y autor principal del estudio. “Cuando los gigantes gaseosos interactúan gravitacionalmente, algunos son lanzados lejos de su estrella. Si el momento y el entorno circundante son los adecuados, esos planetas no son expulsados, sino que quedan atrapados en órbitas extremadamente amplias”.
Para llevar a cabo el estudio, el equipo realizó miles de simulaciones que involucraban diferentes sistemas planetarios incrustados en entornos realistas de cúmulos estelares. Modelaron una variedad de condiciones, desde sistemas como el nuestro, que contienen una mezcla de gigantes gaseosos y de hielo, hasta sistemas más exóticos que incluyen estrellas binarias. Lo que descubrieron fue un patrón recurrente: los planetas eran frecuentemente empujados a órbitas amplias y excéntricas por inestabilidades internas, y luego estabilizados por la influencia gravitacional de estrellas cercanas en el cúmulo.
“Cuando estos empujones gravitacionales ocurren en el momento justo, la órbita de un planeta se desacopla del sistema planetario interior”, explica Nathan Kaib, coautor del estudio y científico senior del Instituto de Ciencias Planetarias. “Esto crea un planeta de órbita amplia, uno que queda esencialmente congelado en su lugar una vez que el cúmulo se dispersa”.
Los investigadores definen los planetas de órbita amplia como aquellos que tienen ejes semimayores entre 100 y 10,000 UA, distancias que los colocan muy lejos de la mayoría de los discos de formación planetaria tradicionales. Estos hallazgos podrían ayudar a desvelar el misterio de Planet Nueve, un planeta hipotético que se cree que orbita nuestro sol a distancias de entre 250 y 1,000 UA. Aunque nunca ha sido observado directamente, las órbitas extrañas de varios objetos transneptunianos sugieren su posible existencia.
“Nuestras simulaciones muestran que si el sistema solar primitivo pasó por dos fases específicas de inestabilidad—el crecimiento de Urano y Neptuno y la posterior dispersión entre los gigantes gaseosos—hay hasta un 40% de probabilidad de que un objeto similar al Planeta Nueve pudiera haber quedado atrapado durante ese tiempo”, añade Izidoro.
De manera interesante, el estudio también vincula los planetas de órbita amplia con la creciente población de planetas flotantes libres o «rebeldes», mundos que han sido expulsados de sus sistemas por completo. “No todos los planetas dispersados tienen la suerte de quedar atrapados”, señala Kaib. “La mayoría termina siendo lanzada al espacio interestelar. Pero la tasa a la que son atrapados nos proporciona una conexión entre los planetas que observamos en órbitas amplias y aquellos que encontramos vagando solos en la galaxia”.
Este concepto de «eficiencia de atrapamiento», que se refiere a la probabilidad de que un planeta dispersado permanezca ligado a su estrella, es central en el estudio. Los investigadores encontraron que los sistemas similares al nuestro son particularmente eficientes, con probabilidades de atrapamiento del 5% al 10%. Otros sistemas, como aquellos compuestos únicamente de gigantes de hielo o planetas circumbinarios, presentaron eficiencias mucho más bajas.
“Esperamos aproximadamente un planeta de órbita amplia por cada mil estrellas”, indica Izidoro. “Eso puede parecer poco, pero en miles de millones de estrellas en la galaxia, se acumula”. Además, el estudio identifica nuevos objetivos prometedores para los cazadores de exoplanetas, sugiriendo que los planetas de órbita amplia son más propensos a encontrarse alrededor de estrellas de alta metalicidad que ya albergan gigantes gaseosos, convirtiendo a estos sistemas en candidatos ideales para campañas de imagen profunda.
Los investigadores también señalaron que, si el Planeta Nueve existe, podría ser descubierto pronto después de que el Observatorio Vera C. Rubin se ponga completamente en funcionamiento. Con su capacidad inigualable para explorar el cielo en profundidad y detalle, se espera que el observatorio avance significativamente en la búsqueda de objetos distantes del sistema solar, aumentando las posibilidades de detectar el Planeta Nueve o de proporcionar la evidencia necesaria para descartar su existencia.
“A medida que refinamos nuestra comprensión de dónde buscar y qué buscar, no solo estamos aumentando las probabilidades de encontrar el Planeta Nueve; estamos abriendo una nueva ventana hacia la arquitectura y evolución de los sistemas planetarios a lo largo de la galaxia”, concluye Izidoro.
