Nuevas pistas sobre cómo la formación de planetas puede enmascarar las propiedades reales de su estrella

Según los datos más recientes del archivo de exoplanetas de la NASA, hasta la fecha se han confirmado más de 5.800 exoplanetas. De ellos, apenas un 5 % orbita estrellas con masas solares intermedias, es decir, entre 1,5 y 2,5 veces la masa del Sol. Esta escasa proporción podría deberse, en gran medida, a las dificultades que plantea la detección de planetas alrededor de este tipo de estrellas. Cuando las estrellas son de baja masa —similares o inferiores al Sol—, su menor tamaño y brillo favorecen la detección de planetas mediante técnicas como la del tránsito, que identifica un leve descenso en el brillo estelar cuando un planeta pasa por delante de la estrella desde nuestro punto de vista. Sin embargo, en el caso de las estrellas de masa intermedia, más grandes y luminosas, este tipo de señales planetarias son mucho más difíciles de detectar.

Con el objetivo de entender mejor la relación entre las propiedades de estas estrellas y la presencia de planetas, un estudio recientemente publicado en la revista Astronomy & Astrophysics ha analizado una muestra de 131 estrellas de masa intermedia en distintas etapas de su evolución. “A pesar de la complejidad de las estrellas intermedias, hemos logrado inferir correlaciones entre la presencia de planetas y la metalicidad de sus estrellas”, explica Giovanni Mirouh, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y segundo autor del trabajo.

Declaración de Giovanni Mirouh, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y segundo autor del trabajo

LAS CLAVES DE UNA RELACIÓN DINÁMICA

En las estrellas de baja masa, se ha establecido una correlación positiva entre su metalicidad —la proporción de elementos más pesados que el helio— y la presencia de planetas. “Los planetas se forman más fácilmente en discos alrededor de estrellas con mayor metalicidad, ya que estos discos contienen más de los elementos que componen los planetas”, comenta Giovanni Mirouh (IAA-CSIC).

Al analizar la muestra de estrellas de masa intermedia, el equipo científico identificó una correlación similar, aunque con matices significativos. En las estrellas intermedias más evolucionadas, la relación entre metalicidad y presencia de planetas sigue siendo positiva, como ocurre con las estrellas de baja masa. Sin embargo, en las estrellas jóvenes de masa intermedia, el patrón se invierte: se observa una mayor presencia de planetas en torno a estrellas con menor metalicidad. Este resultado inesperado podría estar relacionado con la evolución de la composición superficial de esas estrellas en sus diferentes etapas.

Para explicar este fenómeno, desde el IAA-CSIC se calcularon los modelos estelares específicos para el rango de masas considerado, con el objetivo de evaluar las propiedades de mezcla en la superficie estelar.

Esta imagen muestra la convección/radiación en una estrella cuando se encuentra en la secuencia principal –la mayor parte de su vida- en función de su masa: vemos que las estrellas de una masa comparable a la del Sol son convectivas cerca de la superficie, mientras que las estrellas más masivas son radiativas. Créditos: Michael A. Seeds (2016)

EL PAPEL DE LOS PLANETAS EN LA COMPOSICIÓN SUPERFICIAL DE LAS ESTRELLAS

Durante la formación de una estrella, esta se encuentra rodeada por un disco de gas y polvo conocido como disco protoplanetario, esencial en el proceso de formación de planetas, ya que proporciona el material necesario para su desarrollo. A medida que los planetas se forman, “roban” una parte significativa de los elementos pesados presentes en el disco. El material restante, más pobre en metales, cae hacia la estrella central en un proceso denominado acreción. Como resultado, la estrella termina incorporando un gas con menor contenido de metales que el que originalmente conformaba el disco protoplanetario.

Impresión artística de un disco protoplanetario con planetas en formación que redistribuyen el gas y el polvo a su alrededor. Crédito NSF/AUI/NSF NRAO/S.Dagnello.

En estrellas de baja masa, debido a que poseen zonas convectivas en sus capas externas, este material menos metálico se mezcla rápidamente en toda la estrella, siendo casi imperceptible. Sin embargo, en estrellas jóvenes de mayor masa, las capas externas son inicialmente radiativas, lo que limita la mezcla del material. Esto provoca que el gas pobre en metales permanezca en la superficie y, si se mide su composición en ese momento, parecerá que la estrella tiene menos metales de lo que realmente tiene. Con el tiempo, estas estrellas más masivas desarrollan zonas convectivas en sus capas externas, permitiendo que el material superficial se mezcle con el interior y revelando así la verdadera composición metálica de la estrella.

Este hallazgo confirma que la formación de planetas puede enmascarar temporalmente las verdaderas propiedades de su estrella, y subraya la necesidad de tener en cuenta la evolución estelar al estudiar sistemas planetarios. “Identificar este problema es el primer paso para resolverlo”, señala Giovanni Mirouh (IAA-CSIC).

Para avanzar en la comprensión del vínculo entre la presencia de planetas y la metalicidad en estrellas de masa intermedia, será necesario ampliar el número de sistemas conocidos y caracterizar con mayor precisión las propiedades de sus estrellas. En esta línea, la misión PLATO de la Agencia Espacial Europea —en la que el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) participa mediante el desarrollo de sus dos unidades principales de electrónica y la planificación científica previa al lanzamiento— será fundamental. PLATO empleará de forma sistemática la astrosismología para estudiar estrellas con planetas, lo que permitirá relacionar su evolución con la de los sistemas planetarios.