Los astrónomos han desarrollado el modelo más realista hasta la fecha de formación de planetas en sistemas estelares binarios.

Los investigadores, de la Universidad de Cambridge y el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, han demostrado cómo los exoplanetas en sistemas estelares binarios, como los planetas 'Tatooine' detectados por el Telescopio Espacial Kepler de la NASA, llegaron a existir sin ser destruidos en su caótico entorno de nacimiento.

Estudiaron un tipo de sistema binario en el que la estrella compañera más pequeña orbita a la estrella madre más grande aproximadamente una vez cada 100 años:nuestra vecina más cercana, Alfa Centauri, es un ejemplo de tal sistema.

"Un sistema como este sería el equivalente a un segundo Sol donde está Urano, lo que habría hecho que nuestro propio sistema solar se viera muy diferente, "dijo el coautor, el Dr. Roman Rafikov del Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica de Cambridge, quien también es miembro del Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, New Jersey.

Rafikov y su coautor, el Dr. Kedron Silsbee del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, encontraron que para que los planetas se formaran en estos sistemas, los planetesimales, bloques de construcción planetarios que orbitan alrededor de una estrella joven, deben comenzar con al menos 10 kilómetros de diámetro, y el disco de polvo, hielo y gas que rodea a la estrella dentro de la cual se forman los planetas debe ser relativamente circular.

La investigación, que se publica en Astronomía y Astrofísica , lleva el estudio de la formación de planetas en binarios a un nuevo nivel de realismo y explica cómo tales planetas, algunos de los cuales han sido detectados, podría haberse formado.

Se cree que la formación de planetas comienza en un disco protoplanetario, compuesto principalmente de hidrógeno, helio, y diminutas partículas de hielo y polvo, orbitando una estrella joven. Según la teoría principal actual sobre cómo se forman los planetas, conocido como acreción del núcleo, las partículas de polvo se pegan unas a otras, eventualmente formando cuerpos sólidos cada vez más grandes. Si el proceso se detiene antes, el resultado puede ser un planeta rocoso parecido a la Tierra. Si el planeta crece más grande que la Tierra, entonces su gravedad es suficiente para atrapar una gran cantidad de gas del disco, conduciendo a la formación de un gigante gaseoso como Júpiter.

"Esta teoría tiene sentido para los sistemas planetarios formados alrededor de una sola estrella, pero la formación de planetas en sistemas binarios es más complicada, porque la estrella compañera actúa como un batidor de huevos gigante, excitar dinámicamente el disco protoplanetario, "dijo Rafikov.

"En un sistema con una sola estrella, las partículas del disco se mueven a baja velocidad, para que se peguen fácilmente cuando chocan, permitiéndoles crecer, ", dijo Silsbee." Pero debido al efecto gravitacional 'batidor de huevos' de la estrella compañera en un sistema binario, las partículas sólidas allí chocan entre sí a una velocidad mucho mayor. Entonces, cuando chocan, se destruyen unos a otros ".

Se han detectado muchos exoplanetas en sistemas binarios, así que la pregunta es cómo llegaron allí. Algunos astrónomos incluso han sugerido que quizás estos planetas estaban flotando en el espacio interestelar y fueron absorbidos por la gravedad de un binario, por ejemplo.

Rafikov y Silsbee llevaron a cabo una serie de simulaciones para ayudar a resolver este misterio. Desarrollaron un modelo matemático detallado del crecimiento planetario en un binario que utiliza entradas físicas realistas y explica los procesos que a menudo se pasan por alto. como el efecto gravitacional del disco de gas sobre el movimiento de los planetesimales dentro de él.

"Se sabe que el disco afecta directamente a los planetesimales a través del arrastre de gas, actuando como una especie de viento, ", dijo Silsbee." Hace unos años, nos dimos cuenta de que además del arrastre de gas, la gravedad del propio disco altera drásticamente la dinámica de los planetesimales, en algunos casos, permite que se formen planetas incluso a pesar de las perturbaciones gravitacionales debidas a la compañera estelar ".

"El modelo que hemos construido reúne este trabajo, así como otros trabajos previos, para probar las teorías de formación de planetas, "dijo Rafikov.

Su modelo encontró que los planetas pueden formarse en sistemas binarios como Alpha Centauri, siempre que los planetesimales comiencen con un tamaño mínimo de 10 kilómetros, y que el propio disco protoplanetario es casi circular, sin mayores irregularidades. Cuando se cumplen estas condiciones, los planetesimales en ciertas partes del disco terminan moviéndose lo suficientemente lento entre sí como para que se peguen entre sí en lugar de destruirse entre sí.

Estos hallazgos apoyan un mecanismo particular de formación planetesimal, llamado inestabilidad de transmisión, siendo una parte integral del proceso de formación del planeta. Esta inestabilidad es un efecto colectivo, involucrando muchas partículas sólidas en presencia de gas, que es capaz de concentrar granos de polvo del tamaño de un guijarro a otro para producir algunos planetesimales grandes, que sobreviviría a la mayoría de las colisiones.

Los resultados de este trabajo proporcionan información importante para las teorías de la formación de planetas alrededor de estrellas binarias y únicas. así como para las simulaciones hidrodinámicas de discos protoplanetarios en binarios. En el futuro, el modelo también podría usarse para explicar el origen de los planetas 'Tatooine', exoplanetas que orbitan ambos componentes de un binario, alrededor de una docena de los cuales han sido identificados por el Telescopio Espacial Kepler de la NASA.