Los planetas gigantes y la vida

El papel que la formaci¨®n de planetas gigantes puede tener en la evoluci¨®n de la vida en un sistema planetario se est¨¢ replanteando a la vista del descubrimiento de discos protoplanetarios en torno a algunas estrellas y, desde 1995, del de los primeros planetas extrasolares, en uno de los cuales se ha detectado recientemente atm¨®sfera.

La abundancia de elementos m¨¢s pesados que el helio es mayor en estrellas con planetas

Es muy probable que el cintur¨®n de asteroides sea los restos de un planeta 'abortado'

Nuestro sistema solar est¨¢ compuesto por dos grandes grupos de planetas. En las partes internas se encuentran los cuerpos con superficie s¨®lida, densidades medias altas, atm¨®sferas poco masivas y temperaturas elevadas: son los planetas terrestres (Mercurio, Venus, Tierra y Marte). En las partes m¨¢s externas del sistema planetario se encuentran los gigantes (J¨²piter, Saturno, Urano y Neptuno), inmensas esferas de gas hidr¨®geno de baja densidad media y fr¨ªas temperaturas.

Esta distribuci¨®n encajaba hasta hace pocos a?os dentro de la versi¨®n moderna del paradigma, adelantado por Kant y Laplace en el siglo XVIII, de formaci¨®n del sistema solar a partir de la contracci¨®n gravitatoria de una masa de gas del medio interestelar en rotaci¨®n. En el disco aplanado resultante (la nebulosa protoplanetaria) la mayor concentraci¨®n de masa en el centro propici¨® la formaci¨®n de la estrella principal, y a diferentes distancias, de acuerdo con la temperatura decreciente hacia el exterior, los dos grupos de planetas. En las regiones internas del disco crecieron los planetas terrestres a partir de la colisi¨®n y acumulaci¨®n de peque?os cuerpos, los planetesimales, constituidos b¨¢sicamente por elementos no vol¨¢tiles. En las partes externas, donde las temperaturas eran lo suficientemente bajas como para permitir la condensaci¨®n de compuestos hidrogenados y la acumulaci¨®n de masa capaz de atrapar el hidr¨®geno, se formaron los gigantes. El descubrimiento de discos protoplanetarios en torno a otras estrellas y, desde 1995, el de los primeros planetas extrasolares -todos ellos gigantes a causa de las limitaciones actuales de las t¨¦cnicas de detecci¨®n astron¨®mica- han venido a poner en cuesti¨®n no s¨®lo algunos aspectos del paradigma, sino tambi¨¦n a hacernos reflexionar sobre el papel que la formaci¨®n de planetas gigantes puede tener para la evoluci¨®n de la vida en un sistema planetario.

Un importante descubrimiento aconteci¨® cuando se midieron las abundancias de metales (en la jerga astron¨®mica, todo aquello m¨¢s pesado que el helio) en las estrellas con planetas. Resulta ser en promedio significativamente superior al de estrellas semejantes en torno a las cuales no se han detectado planetas. Esta posible correlaci¨®n metales-planetas parece ser pues fundamental para la existencia de estos ¨²ltimos. Los compuestos met¨¢licos necesarios no han podido ser producidos en los hornos termonucleares de estas estrellas, debido a su baja masa y temperatura en el n¨²cleo, sino que provienen de estrellas m¨¢s masivas y calientes de generaciones anteriores. Durante la muerte r¨¢pida y violenta de estas estrellas, fueron desparramados por el medio interestelar, impregnando a las nebulosas de gas a partir de las cuales se formar¨¢n las nuevas estrellas y sus planetas.

El enriquecimiento met¨¢lico y la masa de la nebulosa parecen ser los ingredientes b¨¢sicos que dictaminar¨¢n la distribuci¨®n y caracter¨ªsticas del tipo de sistema planetario que resultar¨¢. Los discos protoplanetarios que contengan suficiente cantidad de compuestos met¨¢licos ver¨¢n favorecida la formaci¨®n de planetas. Y es l¨®gico pensar que en general estos podr¨¢n ser de los dos tipos que tenemos en el sistema solar. Es altamente improbable que los gigantes puedan desarrollar alguna forma de vida en sus atm¨®sferas de hidr¨®geno. Sin embargo, su simple presencia puede ser cr¨ªtica para la evoluci¨®n de la vida en alguno de los planetas terrestres de ese sistema planetario. Y esto por varias razones.

La primera tiene que ver con el abundante n¨²mero de planetas extrasolares gigantes encontrados en ¨®rbitas muy cercanas a la estrella (casi 10 veces m¨¢s pr¨®ximas que Mercurio del Sol). La hip¨®tesis m¨¢s aceptada es que estos planetas no se formaron all¨ª sino que lo hicieron en las partes externas de la nebulosa. Sin embargo, friccionando en su movimiento orbital con los restos de un denso disco protoplanetario, vieron frenado su movimiento y migraron hacia el interior en una ca¨ªda en espiral hacia la estrella. Muchos probablemente no sobreviven y acaban alimentando a la estrella. Pero otros, los que se encuentren con restos del disco cerca de la estrella, o mediante otros mecanismos a¨²n no bien comprendidos, pueden ver frenada su ca¨ªda y quedar aparcados en la vecindad estelar, donde los podemos detectar de forma indirecta por el movimiento que inducen en la propia estrella.

Pero lo significativo es que los c¨¢lculos num¨¦ricos muestran que durante la migraci¨®n, el planeta gigante puede arrastrar con ¨¦l a los planetas m¨¢s internos (los terrestres), hasta hacerlos caer sobre la estrella o bien expulsarlos del sistema. Es de esperar entonces que en tales sistemas la probabilidad de encontrar planetas como el nuestro, es decir con posibilidades para el desarrollo de la vida, sea baja.

El segundo aspecto surge de las simulaciones tambi¨¦n num¨¦ricas por ordenador, que sugieren que la formaci¨®n de los planetas gigantes pudiera impedir la formaci¨®n de alg¨²n terrestre en ¨®rbita cercana. ?sta es una hip¨®tesis que se ha avanzado para explicar el origen del cintur¨®n de asteroides ubicado entre las ¨®rbitas de Marte y J¨²piter. Se cree que el crecimiento de J¨²piter, en una regi¨®n rica en elementos vol¨¢tiles, fue muy r¨¢pida, perturbando gravitatoriamente las ¨®rbitas de los planetesimales del cintur¨®n, impidiendo su uni¨®n. La perturbaci¨®n tiene lugar en forma de resonancia gravitatoria que se produce cuando el per¨ªodo orbital de J¨²piter y el del cuerpo en cuesti¨®n guardan una relaci¨®n entera. En tal situaci¨®n, se producen en la ¨®rbita resonante tirones peri¨®dicos que llevan a los objetos all¨ª ubicados a ¨®rbitas m¨¢s alargadas, entrando en colisi¨®n con otros cuerpos, destruy¨¦ndose, o bien incluso si se acercan mucho a J¨²piter, saliendo expulsados del sistema solar. El mecanismo resonante explica la distribuci¨®n actualmente observada en familias orbitales del cintur¨®n de asteroides, as¨ª como las divisiones (acumulaciones y ausencias de peque?os cuerpos a determinadas distancias) encontradas en los anillos planetarios.

Es muy probable de acuerdo con estos c¨¢lculos que el cintur¨®n de asteroides no sea otra cosa que los residuos de un planeta abortado por J¨²piter. Planeta que, de haberse formado, hubiera sido grande ya que se estima que J¨²piter pudo haber expulsado m¨¢s del 90% de la masa del actual del cintur¨®n de asteroides. A resultas de esta especie de barrido gravitatorio, el planeta gigante en formaci¨®n adquiere una ¨®rbita circular, como la que poseen J¨²piter y Saturno. La observaci¨®n de que algunos planetas extrasolares poseen ¨®rbitas sumamente el¨ªpticas indica quiz¨¢s que en esos sistemas el disco protoplanetario no fue tan masivo y que este proceso de circularizaci¨®n no ha tenido lugar.

Finalmente, los planetas gigantes pueden dictar el ritmo de las colisiones de asteroides, cometas y otros restos de la formaci¨®n del sistema, con los planetas. J¨²piter pudo as¨ª haber jugado un importante papel sobre la Tierra, desviando hacia nuestro planeta bloques de protoasteroides en formaci¨®n, ricos en elementos vol¨¢tiles como, por ejemplo, el agua, un mecanismo que podr¨ªa explicar el origen de los oc¨¦anos terrestres. En este sentido es posible que si se hubiera formado el planeta en la regi¨®n del cintur¨®n de asteroides, se hubiera frustrado la aparici¨®n de formas de vida avanzadas en la Tierra debido al incremento en el n¨²mero de impactos de planetesimales con nuestro planeta. Y sabemos, aunque s¨®lo sea por los dinosaurios, la importancia que en la evoluci¨®n de las especies han tenido las extinciones masivas causadas por impactos de asteroides y lo que probablemente esto supuso para la aparici¨®n y desarrollo de la especie humana. Es por todo esto que quiz¨¢s debamos en gran medida nuestra existencia a la del planeta J¨²piter.

Agustin S¨¢nchez Lavega es Catedr¨¢tico de F¨ªsica de la Universidad del Pa¨ªs Vasco.