¿Por qué los planetas rocosos de un sistema estelar determinado suelen tener un aspecto relativamente similar? Una nueva teoría desarrollada por Konstantin Batygin, profesor de ciencia planetaria en Caltech, junto con Alessandro Morbidelli, del Observatoire de la Côte d’Azur en Francia, podría explicarlo.

«Con el aumento de las observaciones de exoplanetas en la última década, ha quedado claro que la teoría estándar de la formación de planetas necesita ser revisada, empezando por lo más básico. Necesitamos una teoría que pueda explicar tanto la formación de planetas terrestres en nuestro sistema solar como la formación de sistemas autosimilares de super-Tierras, muchas de las cuales tienen una composición rocosa», afirma Batygin.

Los sistemas planetarios comienzan su ciclo vital como grandes discos giratorios de gas y polvo que se condensan en el transcurso de unos pocos millones de años. La mayor parte del gas se acumula en la estrella situada en el centro del sistema, mientras que el material sólido se fusiona lentamente en asteroides, cometas, planetas y lunas. En nuestro sistema solar, esto dio lugar a dos tipos diferentes de planetas: los interiores, más pequeños y rocosos, más cercanos al Sol, y los exteriores, gigantes gaseosos más grandes, ricos en agua e hidrógeno, más alejados del Sol. Probablemente esto ocurrió en dos anillos diferentes del disco protoplanetario: uno interior, donde se formaron los planetas rocosos, y otro exterior, para los planetas helados más masivos (dos de los cuales -Júpiter y Saturno- se convirtieron más tarde en gigantes gaseosos).

Las supertierras, como su nombre indica, son más masivas que la Tierra. Algunas incluso tienen una atmósfera de hidrógeno que las hace parecer casi gigantes gaseosos. También suelen estar cerca de sus estrellas, lo que sugiere que han migrado desde órbitas más lejanas hasta su posición actual.

«Hace unos años, desarrollamos un modelo en el que las super-Tierras se formaron en la parte helada del disco protoplanetario y migraron hacia el borde interior del disco, cerca de la estrella», explica Morbidelli. «El modelo era capaz de explicar las masas y órbitas de las super-Tierras, pero predecía que todas eran ricas en agua. Sin embargo, observaciones recientes han demostrado que la mayoría de las supertierras son de roca, como la Tierra, aunque estén rodeadas de una atmósfera de hidrógeno. Fue la sentencia de muerte de nuestro antiguo modelo». En los últimos cinco años, la historia se ha vuelto aún más extraña, ya que los científicos han estudiado estos exoplanetas y han hecho un descubrimiento insólito: Aunque existen diversos tipos de supertierras, todas las supertierras de un mismo sistema planetario son similares en cuanto a distancia orbital, tamaño, masa y otras características importantes. Parece como si existiera prácticamente una fábrica planetaria que sólo sabe fabricar planetas de una masa determinada y los produce uno tras otro.

¿Qué proceso de tal fábrica podría haber producido no sólo los planetas rocosos de nuestro sistema solar, sino también sistemas uniformes de super-Tierras rocosas? «La respuesta está relacionada con algo que descubrimos en 2020», dice Batygin. En aquel momento, Batygin y Morbidelli propusieron una nueva teoría para la formación de las cuatro lunas más grandes de Júpiter. Esencialmente, demostraron que para un determinado rango de tamaños de granos de polvo, la fuerza que tira de los granos hacia Júpiter y la fuerza (o arrastre) que arrastra esos granos en un flujo de gas hacia el exterior se anulaban completamente entre sí. Este equilibrio de fuerzas creó un anillo de material que constituyó los sólidos cimientos para la posterior formación de las lunas. La teoría también afirma que los cuerpos en el anillo crecen hasta que son lo suficientemente grandes como para abandonar el anillo a través de la migración impulsada por gas. Después, dejan de crecer, lo que explica por qué el proceso produce cuerpos de tamaño similar.

En su nuevo trabajo, Batygin y Morbidelli proponen que el mecanismo de formación de planetas alrededor de estrellas es en gran medida el mismo. En el caso de los planetas, la concentración a gran escala de material rocoso sólido se produce en una estrecha franja del disco denominada línea de sublimación de silicatos, una región en la que los vapores de silicato se condensan y forman guijarros rocosos sólidos. «Si eres un grano de polvo, sientes un considerable viento en contra en el disco porque el gas orbita un poco más despacio, y estás girando en espiral hacia la estrella; pero si estás en forma de vapor, simplemente te mueves hacia fuera, junto con el gas en el disco en expansión. Así que en el punto en el que se pasa de vapor a sólido, el material se acumula», afirma Batygin.

La nueva teoría identifica esta banda como la ubicación probable de una «fábrica de planetas» capaz de producir varios planetas rocosos de tamaño similar a lo largo del tiempo. Cuando los planetas alcancen una masa suficiente, su interacción con el disco los acercará a la estrella. La teoría de Batygin y Morbidelli se basa en extensos modelos informáticos, pero comenzó con una simple pregunta. «Observamos el modelo existente de formación de planetas, sabiendo que no refleja lo que vemos, y nos preguntamos: «¿Qué afirmación damos por sentada?»», dice Batygin. «El truco está en observar algo que todo el mundo cree que es verdad sin que haya ninguna buena razón para ello».

En este caso, se partía de la base de que el material sólido está disperso por los discos protoplanetarios. Al desechar esa hipótesis y asumir en su lugar que los primeros cuerpos sólidos se forman en anillos, la nueva teoría puede explicar distintos tipos de sistemas planetarios con un marco unificado, dijo Batygin. Si el anillo rocoso contiene mucha masa, los planetas crecen hasta alejarse del anillo, dando lugar a un sistema de super-Tierras similares. Si, por el contrario, el anillo contiene poca masa, se forma un sistema mucho más parecido a los planetas terrestres de nuestro sistema solar.