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Durante años, la formación de planetas alrededor de sistemas de dos estrellas ha sido una de las preguntas más complejas de la astronomía. Hoy se conocen más de 50 exoplanetas circumbinarios, es decir, planetas que orbitan alrededor de dos estrellas en lugar de una sola, y varios de ellos son gigantes gaseosos ubicados a más de 10 unidades astronómicas (au) de sus estrellas.
Una nueva investigación publicada en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society analizó si estos planetas pueden formarse por un proceso distinto al tradicional: la fragmentación gravitacional del disco circumbinario. El trabajo fue realizado por Matthew Teasdale y Dimitris Stamatellos, de la Universidad de Lancashire, en el Reino Unido.
Los investigadores concluyeron que los discos de gas que rodean binarias pueden fragmentarse con facilidad y producir protoplanetas, especialmente planetas gigantes gaseosos, a grandes distancias de las estrellas.
La mayoría de los planetas conocidos se explican mediante el modelo de acreción de núcleo. En este proceso, pequeñas partículas sólidas chocan y se unen hasta formar un núcleo rocoso. Si ese núcleo alcanza suficiente masa, puede atraer una gran envoltura de gas y convertirse en un gigante como Júpiter.
Sin embargo, este mecanismo tiene dificultades para explicar planetas gigantes muy lejanos de sus estrellas, porque el proceso tarda millones de años y los discos de gas suelen desaparecer antes.
La alternativa es la inestabilidad gravitacional. En este escenario, el disco de gas que rodea a la estrella —o a las dos estrellas— es tan masivo y frío que su propia gravedad lo vuelve inestable. Entonces, en lugar de formar lentamente un núcleo sólido, partes completas del disco colapsan de forma rápida y directa para producir protoplanetas.
El estudio simuló tres tipos de discos: discos alrededor de una sola estrella, discos circumbinarios con condiciones simplificadas y discos circumbinarios más realistas, donde cada estrella calienta el gas de forma individual.
Las simulaciones mostraron que los discos alrededor de binarias con separaciones más amplias se fragmentan antes y con mayor eficiencia que los discos alrededor de una sola estrella.
Los discos circumbinarios realistas formaron en promedio nueve protoplanetas por disco, frente a 7,5 en discos circumestelares y 6,5 en los modelos simplificados.
Además, los primeros objetos que nacieron en estos discos tenían masas más bajas que los formados alrededor de estrellas individuales, lo que aumenta la probabilidad de que terminen como planetas gigantes y no como enanas marrones o estrellas pequeñas.
Los investigadores también observaron que la fragmentación ocurre principalmente más allá de una región prohibida por la gravedad de la propia binaria. Dentro de ella, las perturbaciones gravitacionales impiden que un planeta mantenga una órbita estable. Por eso, la mayoría de los protoplanetas se formó más lejos.
Otro resultado importante fue la gran cantidad de expulsiones. Las interacciones gravitacionales entre los protoplanetas recién formados son intensas, y en los sistemas binarios una fracción mayor termina expulsada del sistema por completo, convirtiéndose en objetos errantes o de libre flotación. Estas expulsiones ocurren con velocidades de entre 2 y 6 kilómetros por segundo.
El trabajo concluye que la fragmentación gravitacional de discos circumbinarios puede ser una vía importante para explicar la existencia de planetas gigantes en órbitas amplias alrededor de sistemas binarios, especialmente aquellos difíciles de justificar con acreción de núcleo.
