?C¨®mo se hace un planeta?

Una de las armas m¨¢s poderosas del imperio en la Guerra de las Galaxias es la conocida como la Estrella de la Muerte; una estaci¨®n espacial con el suficiente poder destructivo para acabar con planetas enteros. El argumento de varios episodios de la saga gira en torno a la lucha de la Alianza Rebelde por acabar con esa arma de destrucci¨®n masiva que, en la ficci¨®n, se materializa en forma de un hiperl¨¢ser de gran potencia. En la realidad astrof¨ªsica y con asistencia gravitatoria, es relativamente sencillo hacer pedazos un planeta: podr¨ªa colisionar con un objeto grande; ser engullido por su estrella; caer en las fauces de un agujero negro; o simplemente entrar en lo que se llama el l¨ªmite de Roche de un astro m¨¢s grande. Como en muchos aspectos de nuestras vidas, es tambi¨¦n bastante m¨¢s sencillo imaginar el proceso de destruir que el de construir. Quiz¨¢s tenga que ver con el hecho de que esta ¨²ltima es una transformaci¨®n que se cocina a fuego lento. Hagamos el esfuerzo hoy, ?c¨®mo es el proceso de formaci¨®n de un planeta y que requiere?

Antes de que nuestros telescopios nos permitieran detectar planetas fuera del Sistema Solar, los modelos te¨®ricos nos informaban que su existencia deb¨ªa de ser parte del proceso de formaci¨®n de estrellas: se hacen a la vez. Esper¨¢bamos la presencia de planetas ah¨ª fuera, la cuesti¨®n era cu¨¢ntos. A d¨ªa de hoy tenemos los n¨²meros que, aunque se van refinando a cada momento, nos permiten inferir que se construyen a la vez que la mayor parte de las estrellas porque all¨¢ donde miramos y tenemos la capacidad de detectarlos, los vemos. Los encontramos de todos los tama?os y ¨®rbitas y algunos, como las supertierras que no tenemos en nuestro sistema, son de los m¨¢s abundantes. Pero, a pesar de todo lo que hemos avanzado todav¨ªa hay algo que desconocemos profundamente y tiene que ver con el hecho de que pr¨¢cticamente todos los planetas detectados son relativamente viejos, son planetas que tienen la edad de su estrella, miles de millones de a?os en la mayor parte de los casos.

Ver c¨®mo se cocina un planeta es un proceso muy dif¨ªcil de desentra?ar seg¨²n est¨¢ ocurriendo. Necesitamos mirar alrededor estrellas j¨®venes que est¨¢n todav¨ªa rodeadas por el material a partir del cual crecen y que esconde y oscurece su entorno. Adem¨¢s las t¨¦cnicas comunes para encontrar planetas son menos efectivas, entre otras cosas, porque si el planeta es joven la estrella tambi¨¦n y tiende a tener aumentos de actividad magn¨¦tica que pueden ocultar las se?ales planetarias. Por estos motivos, entre otros, solo tenemos una detecci¨®n s¨®lida por imagen directa de un planeta todav¨ªa sumergido en su disco natal (lo llamamos disco protoplanetario). Se trata del sistema PDS 70, que tiene una edad de cinco millones de a?os (la mayor parte de los exoplanetas conocidos tienen miles de millones de a?os) y donde adem¨¢s, recientemente, se ha detectado, alrededor de uno de los dos planetas del sistema, el disco donde se podr¨ªa estar formando una luna.

Gran parte del esfuerzo y del progreso en el estudio de planetas en formaci¨®n se basa en observaciones astron¨®micas de discos protoplanetarios. Sabemos bien que en astrof¨ªsica no nos da la vida para esperar a que las cosas cambien en el cielo, por eso reconstruimos las l¨ªneas temporales mirando a diferentes objetos en diferentes etapas de sus vidas. As¨ª unimos los puntos que nos permiten reconstruir su evoluci¨®n. De este modo las estructuras como anillos, huecos, brazos espirales, asimetr¨ªas en los discos de estrellas j¨®venes nos dan informaci¨®n no solo de la existencia de protoplanetas que est¨¢n esculpiendo estas estructuras sino tambi¨¦n de los procesos necesarios para su existencia.

Todo empieza cuando las nubes de material del medio interestelar est¨¢n lo suficientemente fr¨ªas para colapsar por efecto de la gravedad. La f¨ªsica que provoca la formaci¨®n de un disco en el proceso de la formaci¨®n de una estrella se puede resumir en una l¨ªnea: conservaci¨®n de momento angular. En ese disco se forman los planetas, ?pero, c¨®mo?

Pensemos en la Tierra como ejemplo. El punto de partida para construirla son peque?as part¨ªculas de material s¨®lido, al que llamamos polvo, que se producen en estrellas como el Sol al final de sus d¨ªas y en explosiones de supernova. El polvo sin procesar est¨¢ hecho de granos que pueden ser mil millones de veces m¨¢s peque?as que un metro. Cuando el polvo est¨¢ presente en la regi¨®n el disco de nacimiento de un planeta tiene que crecer hasta tama?os de seis millones de metros que es el radio de la Tierra (6.371 km). Para ponerlo en forma de algo que muy a nuestro pesar nos resulta demasiado familiar, tenemos que hacer crecer un objeto del tama?o de la Tierra a partir de part¨ªculas de material s¨®lido del tama?o de un coronavirus.

El crecimiento, seg¨²n nuestros modelos y observaciones, no se produce de una vez. Primero los granos de polvo necesitan coagular formando part¨ªculas m¨¢s grandes en regiones densas, donde tambi¨¦n adquieren mantos de hielos moleculares. Las part¨ªculas peque?as colisionan suavemente debido al movimiento Browniano, llamado as¨ª en honor a Robert Brown, un bot¨¢nico que demostr¨® que el movimiento de las peque?as part¨ªculas de polen que estaba mirando en el microscopio no ten¨ªa nada que ver con la vida. En este caso, las part¨ªculas s¨®lidas microsc¨®picas se mueven aleatoriamente inmersas en el gas. Las colisiones entre ellas las hacen m¨¢s grandes y, con mayor tama?o, chocan entre s¨ª a m¨¢s velocidad hasta que adquieren tama?os de mil¨ªmetros o cent¨ªmetros. El paso cr¨ªtico lo constituye hacerlas crecer hasta el tama?o de un planetesimal que es un cuerpo s¨®lido entre 100 y 1000 m y que se mantiene unido por su propia atracci¨®n gravitatoria y no por la tensi¨®n del material. El problema es que los planetesimales tienen que crecer r¨¢pido. Los relojes en la qu¨ªmica del cosmos nos dicen que en escalas de pocos millones de a?os se formaron en la nebulosa solar.

Los planetesimales son, literalmente, los ladrillos y una vez alcanzan ese tama?o construir planetas est¨¢ asistido simplemente por procesos gravitatorios. Son las propiedades del propio disco las que determinan d¨®nde se forman los planetas y de qu¨¦ est¨¢n hechos: las que dictan si tenemos planetas como J¨²piter o como la Tierra y a qu¨¦ distancia de la estrella y hechos de que material. Los discos protoplanetarios son muy delgados y contienen apenas entre un 1 y un 10% de la masa de la estrella que est¨¢ en su centro. En el disco est¨¢n escritos tambi¨¦n los detalles que todav¨ªa no entendemos bien. Es precisamente ese paso del cent¨ªmetro al kil¨®metro, del grano de polvo grande al planetesimal, el que nos revela la estructura del disco con sus espirales y paredes, con sus anillos y huecos. Ah¨ª creemos que es donde se acumulan estas part¨ªculas de tama?o medio para poder crecer. Part¨ªculas grandes que viajar¨ªan directamente a ser destruidas en la superficie de la estrella a cumplir lo que ser¨ªa su destino f¨ªsico si nadie las detiene.

Eva Villaver es investigadora del Centro de Astrobiolog¨ªa, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas y del Instituto Nacional de T¨¦cnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA).

Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de 1 ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La secci¨®n la integran Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez, investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa; Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiolog¨ªa

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