Detectando planetas a través de la Química de sus estrellas

La búsqueda de planetas extrasolares se ha convertido en uno de los campos de investigación más activos en astronomía en los últimos años.

El uso de diferentes métodos de detección es muy necesario, ya que además de detectar el planeta, hay que confirmar su existencia real para asegurarnos de que no se trata de una señal falsa. Esto es especialmente importante cuando se usa el método de la velocidad radial.

Sin embargo, si hay algo que en Astronomía y en Astrofísica se utiliza con mucha frecuencia, y es muy conocido y útil, es la espectroscopía, es decir, estudiar los espectros de las estrellas para averiguar su composición química y la abundancia de cada uno de los elementos químicos que la forman.

La espectroscopía podría convertirse en una técnica importante para la búsqueda de vida extraterrestre, pero también puede llegar a ser útil en la búsqueda de planetas extrasolares.

Los planetas se forman a partir de la misma nube de gas en la que se forman las estrellas. Estas nubes están principalmente formadas por hidrógeno y helio, pero también por elementos químicos más pesados.

Cuando los planetas se empiezan a formar incorporan los elementos más pesados en su interior dejando los gases más ligeros libres para que se incorporen a la estrella en las fases más tardías de la evolución. Esto hace que las estrellas formadas tengan un déficit de elementos pesados que no tendrían en caso de no tener planetas a su alrededor.

missing-refractories

Elementos deficitarios en el Sol debido, probablemente a los planetas rocosos interiores

Una de las estrellas que mejor conocemos químicamente es nuestro Sol. Podríamos utilizarlo para compararlo con otras estrellas y ver si detectando su composición química podemos averiguar si hay una deficiencia de elementos pesados al igual que en el Sol que nos permita decir si hay planetas o no.

El problema es que no todas las estrellas son como el Sol, y sólo se podría usar este método para estrellas de tipo Solar.

Por suerte, el Sol es una estrella atípica en el sentido de que está sola. La mayoría de las estrellas están ligadas gravitacionalmente a otras estrellas formando sistemas múltiples, principalmente binarios.

En los sistemas binarios, ambas estrellas se formaron en la misma nube, por lo que es de esperar que ambas tengan aproximadamente el mismo patrón de abundancias de elementos químicos. Si además, las dos estrellas son gemelas, es decir, tienen los mismos parámetros estelares (tamaño, temperatura, etc), un análisis detallado de sus espectros puede ayudar a determinar pequeñas diferencias en su composición que pudieran ser debidas a la formación de planetas a su alrededor, es decir planetas que podrían haber incorporado parte del material de la nube generando un déficit de elementos pesados en una de las dos estrellas.

16-cyg

Diferencia de abundancias frente a la temperatura de condensación en el sistema 16 Cyg

Otra situación interesante se puede dar debido a la gravedad. Un planeta que debido a inestabilidades en su órbita cae hacia su estrella y termina siendo engullido por esta. En este caso, la composición química del planeta, con todos sus elementos más pesados, terminarían formando parte de la estrella alterando la composición química de la atmósfera estelar. Pongamos como ejemplo estrellas de tipo solar. Estas estrellas según van evolucionando empiezan a tener un déficit de Litio en su composición. Un planeta que hubiera incorporado litio en su formación, y que fuera engullido por su estrella, cedería todo ese Litio a la estrella y por lo tanto aparecería litio en su espectro cuando, en el caso de que no existiera ningún planeta, no debería haber.

De momento las evidencias de que este método de detección de planetas sea fiable son pocas. Se han estudiado casos como los del sistema binario 16 Cyg o HIP 11915, pero todavía no se han detectado anomalías en las abundancias de elementos químicos que impliquen evidencias. Por ello hay que seguir estudiando estrellas con planetas confirmados y realizar estudios de precisión que puedan ayudar, no sólo a detectar planetas sino también a entender mejor la formación estelar y planetaria.

Referencias:

Meléndez, I. Ramirez. Planet signatures in the chemical composition of Sun-like stars. arXiv:1611.04064v1 [astro-ph.EP]. 13 Nov 2016