Utilizando simulaciones computacionales, un equipo internacional de astrónomos creó un sistema hipotético con dos planetas gaseosos similares a Júpiter y Neptuno. Los investigadores analizaron una multiplicidad de escenarios para comprender qué podría ocurrir con ellos cuando una estrella como nuestro sol evolucione, aumente su tamaño 200 veces y devore los cuerpos más cercanos. En algunos resultados, el planeta similar a Júpiter será el salvador de su compañero, pero en otros, se convertirá en su verdugo.

El sol llegará al ocaso de su vida dentro de seis mil millones de años aproximadamente. Terminará sus días como una estrella enana blanca, como ocurre con la mayoría de los astros que poseen sistemas planetarios. 

Sin embargo, antes de que ello ocurra se transformará en una estrella gigante roja: en lugar de hidrógeno comenzará a quemar helio, aumentará su tamaño hasta que su diámetro alcance unos 150 millones de kilómetros, y su superficie se tornará rojiza. En ese proceso deglutirá a los planetas más cercanos, como Mercurio y Venus.

Todavía se desconoce fehacientemente qué ocurrirá con la Tierra o Marte, pero los más alejados –como Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno– sobrevivirán, aunque sus órbitas sufrirán una expansión. 

Para conocer con mayor precisión qué podría ocurrir con estos últimos durante esa fase de evolución solar, un equipo internacional de astrónomos propuso un sistema planetario hipotético compuesto solo por dos planetas, similares a Júpiter y Neptuno.

Realizaron miles de simulaciones, de las cuales buena parte se llevaron a cabo en las supercomputadoras del Centro de Computación de Alto Desempeño de la UNC. Calcularon las interacciones gravitatorias, junto a un código que calcula la evolución de una estrella y al cual se le incorporó el tratamiento de la disipación de energía que sufren los cuerpos gaseosos cuando se consideran sus tamaños extendidos.

Concluyeron que el destino de un planeta como Neptuno puede verse significativamente afectado por la presencia de otro de características similares a Júpiter. En todos los escenarios evaluados, las interacciones gravitacionales son cruciales y pueden cambiar drásticamente el destino de ambos.

En algunos resultados, ambos sobreviven a la conversión del sol en gigante roja. En otros, son devorados por ella. Solo en un reducido números de simulaciones, el planeta similar a Neptuno es expulsado del sistema planetario o colisiona con el alter ego de Júpiter.

El grupo internacional estuvo conformado por investigadores de Chile, Argentina y el Reino Unido. Fue dirigido por María Paula Ronco, de la Pontificia Universidad Católica de Chile y contó con la participación de Cristian Giuppone, científico y docente del Observatorio Astronómico de Córdoba. 

Un salvador o destructor

“Los resultados más interesantes muestran a un Júpiter salvador o destructor”, sintetiza Giuppone.

El investigador explica: “Por un lado, encontramos 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. Por otro, 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. Estamos en manos de un héroe o un villano”.

Esta población de “Neptunos” que sobreviven, en órbitas no necesariamente circulares, puede ser clave en el estudio de la contaminación de metales pesados que se observa reiteradamente en las atmósferas de muchas enanas blancas, la siguiente etapa de evolución de una gigante roja.

El análisis de las simulaciones permitió al grupo de investigación estimar cómo podrían ser las órbitas de los planetas tipo Neptuno. De esa manera, contribuyen con las predicciones de nuevos descubrimientos de planetas. 

Finalmente, todas las simulaciones y la experiencia adquirida permitirán al equipo continuar con un proyecto más ambicioso: estudiar con más detalles cuáles podrían ser los destinos de la Tierra cuando el sol entre en sus etapas finales de vida.

 Números que asustan

Apenas 25 años pasaron desde que se confirmó la existencia de planetas alrededor de otras estrellas similares al sol. Gracias a investigaciones de vanguardia en astronomía, hoy se estima que cada estrella posee al menos un planeta.  

Hasta el presente, se han detectado más de cuatro mil exoplanetas –con distintas masas y separaciones orbitales– que conforman sistemas planetarios, la gran mayoría alrededor de estrellas similares al sol. Del mismo modo, también se han hallado gigantes rojas con planetas gigantes gaseosos en torno a ellas.

Según los autores del trabajo, la importancia estudiar los planetas tipo “Neptunos”, radica en la información que pueden aportar. Al presente, y en buena medida gracias a la información proporcionada por el telescopio espacial “Kepler”, se han detectado unos 1600 exoplanetas muy similares a Neptuno. Es necesario saber cuál será su destino evolutivo.

Para dimensionar la importancia de continuar esta línea de investigación, cabe recordar que Neptuno es un gigante de hielo, 17 veces más masivo que la Tierra. Júpiter, en tanto, es el más grande del sistema solar, con una masa equivalente a 300 veces la de la Tierra. Cuando el sol se convierta en una gigante roja expandirá su radio unas 200 veces, muy cerca de la posición de nuestro planeta en el sistema solar.

 “Uno de los máximos anhelos del ser humano es poder descubrir un planeta como la Tierra, a una distancia similar del sol, porque esas son las condiciones necesarias donde se puede desarrollar la vida en la forma que la conocemos”, cierra Giuppone.

La Publicación: “How Jupiters save or destroy inner Neptunes around evolved stars”. (https://arxiv.org/abs/2007.04337) The Astrophysical Journal Letters, Volume 898, Number 1.(https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aba35f)

*La imagen de portada es una modificación del dibujo original de Artist’s illustration of a hot Jupiter with an evaporating atmosphere. [NASA/Ames/JPL-Caltech]

** El gráfico de los tamaños de los planetas cadidatos de Kepler es la traducción del gráfico original emitido por Kepler 2015