Los planetas gigantes y la vida

El papel que la formación de planetas gigantes puede tener en la evolución de la vida en un sistema planetario se está 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 atmósfera.

La abundancia de elementos más pesados que el helio es mayor en estrellas con planetas

Es muy probable que el cinturón de asteroides sea los restos de un planeta 'abortado'

Nuestro sistema solar está compuesto por dos grandes grupos de planetas. En las partes internas se encuentran los cuerpos con superficie sólida, densidades medias altas, atmósferas poco masivas y temperaturas elevadas: son los planetas terrestres (Mercurio, Venus, Tierra y Marte). En las partes más externas del sistema planetario se encuentran los gigantes (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno), inmensas esferas de gas hidrógeno de baja densidad media y frías temperaturas.

Esta distribución encajaba hasta hace pocos años dentro de la versión moderna del paradigma, adelantado por Kant y Laplace en el siglo XVIII, de formación del sistema solar a partir de la contracción gravitatoria de una masa de gas del medio interestelar en rotación. En el disco aplanado resultante (la nebulosa protoplanetaria) la mayor concentración de masa en el centro propició la formación 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 colisión y acumulación de pequeños cuerpos, los planetesimales, constituidos básicamente por elementos no volátiles. En las partes externas, donde las temperaturas eran lo suficientemente bajas como para permitir la condensación de compuestos hidrogenados y la acumulación de masa capaz de atrapar el hidrógeno, 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 técnicas de detección astronómica- han venido a poner en cuestión no sólo algunos aspectos del paradigma, sino también a hacernos reflexionar sobre el papel que la formación de planetas gigantes puede tener para la evolución de la vida en un sistema planetario.

Un importante descubrimiento aconteció cuando se midieron las abundancias de metales (en la jerga astronómica, todo aquello más 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 correlación metales-planetas parece ser pues fundamental para la existencia de estos últimos. Los compuestos metálicos necesarios no han podido ser producidos en los hornos termonucleares de estas estrellas, debido a su baja masa y temperatura en el núcleo, sino que provienen de estrellas más masivas y calientes de generaciones anteriores. Durante la muerte rápida y violenta de estas estrellas, fueron desparramados por el medio interestelar, impregnando a las nebulosas de gas a partir de las cuales se formarán las nuevas estrellas y sus planetas.

El enriquecimiento metálico y la masa de la nebulosa parecen ser los ingredientes básicos que dictaminarán la distribución y características del tipo de sistema planetario que resultará. Los discos protoplanetarios que contengan suficiente cantidad de compuestos metálicos verán favorecida la formación de planetas. Y es lógico pensar que en general estos podrán 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 atmósferas de hidrógeno. Sin embargo, su simple presencia puede ser crítica para la evolución 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 número de planetas extrasolares gigantes encontrados en órbitas muy cercanas a la estrella (casi 10 veces más próximas que Mercurio del Sol). La hipótesis más aceptada es que estos planetas no se formaron allí 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 caída 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 aún no bien comprendidos, pueden ver frenada su caída 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 cálculos numéricos muestran que durante la migración, el planeta gigante puede arrastrar con él a los planetas más 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 también numéricas por ordenador, que sugieren que la formación de los planetas gigantes pudiera impedir la formación de algún terrestre en órbita cercana. Ésta es una hipótesis que se ha avanzado para explicar el origen del cinturón de asteroides ubicado entre las órbitas de Marte y Júpiter. Se cree que el crecimiento de Júpiter, en una región rica en elementos volátiles, fue muy rápida, perturbando gravitatoriamente las órbitas de los planetesimales del cinturón, impidiendo su unión. La perturbación tiene lugar en forma de resonancia gravitatoria que se produce cuando el período orbital de Júpiter y el del cuerpo en cuestión guardan una relación entera. En tal situación, se producen en la órbita resonante tirones periódicos que llevan a los objetos allí ubicados a órbitas más alargadas, entrando en colisión con otros cuerpos, destruyéndose, o bien incluso si se acercan mucho a Júpiter, saliendo expulsados del sistema solar. El mecanismo resonante explica la distribución actualmente observada en familias orbitales del cinturón de asteroides, así como las divisiones (acumulaciones y ausencias de pequeños cuerpos a determinadas distancias) encontradas en los anillos planetarios.

Es muy probable de acuerdo con estos cálculos que el cinturón de asteroides no sea otra cosa que los residuos de un planeta abortado por Júpiter. Planeta que, de haberse formado, hubiera sido grande ya que se estima que Júpiter pudo haber expulsado más del 90% de la masa del actual del cinturón de asteroides. A resultas de esta especie de barrido gravitatorio, el planeta gigante en formación adquiere una órbita circular, como la que poseen Júpiter y Saturno. La observación de que algunos planetas extrasolares poseen órbitas sumamente elípticas indica quizás que en esos sistemas el disco protoplanetario no fue tan masivo y que este proceso de circularización no ha tenido lugar.

Finalmente, los planetas gigantes pueden dictar el ritmo de las colisiones de asteroides, cometas y otros restos de la formación del sistema, con los planetas. Júpiter pudo así haber jugado un importante papel sobre la Tierra, desviando hacia nuestro planeta bloques de protoasteroides en formación, ricos en elementos volátiles como, por ejemplo, el agua, un mecanismo que podría explicar el origen de los océanos terrestres. En este sentido es posible que si se hubiera formado el planeta en la región del cinturón de asteroides, se hubiera frustrado la aparición de formas de vida avanzadas en la Tierra debido al incremento en el número de impactos de planetesimales con nuestro planeta. Y sabemos, aunque sólo sea por los dinosaurios, la importancia que en la evolución de las especies han tenido las extinciones masivas causadas por impactos de asteroides y lo que probablemente esto supuso para la aparición y desarrollo de la especie humana. Es por todo esto que quizás debamos en gran medida nuestra existencia a la del planeta Júpiter.

Agustin Sánchez Lavega es Catedrático de Física de la Universidad del País Vasco.