La formación de supertierras es limitada cerca de estrellas pobres en metales

En un nuevo estudio, los astrónomos informan de nuevas pruebas sobre los límites de la formación de planetas, y han descubierto que, después de cierto punto, los planetas más grandes que la Tierra tienen dificultades para formarse cerca de estrellas de baja metalicidad.

Usando el Sol como base, los astrónomos pueden medir cuándo se formó una estrella determinando su metalicidad, o el nivel de elementos pesados ​​presentes en ella. Las estrellas o nebulosas ricas en metales se formaron hace relativamente poco tiempo, mientras que los objetos pobres en metales probablemente estuvieron presentes durante el universo primitivo.

Estudios anteriores encontraron una conexión débil entre las tasas de metalicidad y la formación de planetas, y observaron que a medida que la metalicidad de una estrella disminuye, también lo hace la formación de planetas para ciertas poblaciones de planetas, como los subsaturnos o subneptunos.

Sin embargo, este trabajo es el primero en observar que, según las teorías actuales, la formación de supertierras cerca de estrellas pobres en metales se vuelve significativamente más difícil, lo que sugiere un límite estricto para las condiciones necesarias para que se forme una, dijo la autora principal Kiersten Boley, quien recientemente recibió un doctorado en astronomía en la Universidad Estatal de Ohio.

«Cuando las estrellas pasan por un ciclo de vida, enriquecen el espacio circundante hasta que se tienen suficientes metales o hierro para formar planetas», dijo Boley. «Pero incluso para las estrellas con metalicidades más bajas, se creía ampliamente que el número de planetas que podrían formarse nunca llegaría a cero».

Otros estudios postulaban que la formación de planetas en la Vía Láctea debería comenzar cuando las estrellas tienen una metalicidad entre -2,5 y -0,5, pero hasta ahora, esa teoría no se había demostrado.

Para probar esta predicción, el equipo desarrolló y luego buscó en un catálogo de 10.000 de las estrellas más pobres en metales observadas por la misión Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA. Si era correcto, la extrapolación de las tendencias conocidas para buscar planetas pequeños de período corto alrededor de una región de 85.000 estrellas pobres en metales los habría llevado a descubrir alrededor de 68 supertierras.

Sorprendentemente, los investigadores de este trabajo no detectaron ninguna, dijo Boley. «Básicamente, encontramos un acantilado donde esperábamos ver una pendiente lenta o gradual que continúa», dijo. «Las tasas de ocurrencia esperadas no coinciden en absoluto».

El estudio fue publicado en The Astronomical Journal.

Este acantilado, que proporciona a los científicos un marco temporal durante el cual la metalicidad era demasiado baja para que se formaran planetas, se extiende hasta aproximadamente la mitad de la edad del universo, lo que significa que las supertierras no se formaron temprano en su historia.

«Hace siete mil millones de años es probablemente el punto óptimo donde comenzamos a ver una cantidad decente de formación de supertierras», dijo Boley.

Además, como la mayoría de las estrellas formadas antes de esa era tienen baja metalicidad y habrían tenido que esperar hasta que la Vía Láctea se hubiera enriquecido con generaciones de estrellas moribundas para crear las condiciones adecuadas para la formación de planetas, los resultados proponen con éxito un límite superior en el número y la distribución de planetas pequeños en nuestra galaxia.

«En un tipo estelar similar a nuestra muestra, ahora sabemos que no debemos esperar que la formación de planetas sea abundante una vez que se pasa una región de metalicidad negativa de 0,5», dijo Boley. «Es sorprendente porque ahora tenemos datos que lo demuestran».

También es sorprendente lo que implica el estudio para quienes buscan vida más allá de la Tierra, ya que tener una comprensión más precisa de las complejidades de la formación de planetas puede proporcionar a los científicos un conocimiento detallado sobre en qué lugares del universo podría haber florecido la vida.

«No se debe buscar en áreas donde la vida no sería propicia o en áreas donde ni siquiera se cree que se va a encontrar un planeta», dijo Boley. «Hay una gran cantidad de preguntas que se pueden hacer si se saben estas cosas».

Estas investigaciones podrían incluir determinar si estos exoplanetas contienen agua, el tamaño de su núcleo y si han desarrollado un campo magnético fuerte, todas condiciones propicias para generar vida.

Para aplicar su trabajo a otros tipos de procesos de formación de planetas, el equipo probablemente necesitará estudiar diferentes tipos de supertierras durante períodos más largos de los que pueden hacerlo hoy. Afortunadamente, se podrán realizar observaciones futuras con la ayuda de proyectos como el telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA y la misión PLATO de la Agencia Espacial Europea, que ampliarán la búsqueda de planetas terrestres en zonas habitables como la nuestra.

«Esos instrumentos serán realmente vitales para averiguar cuántos planetas hay y obtener tantas observaciones de seguimiento como sea posible», dijo Boley.

Otros coautores incluyen a Ji Wang de Ohio State; Jessie Christiansen, Philip Hopkins y Jon Zink del Instituto de Tecnología de California; Kevin Hardegree-Ullman y Galen Bergsten de la Universidad de Arizona; Eve Lee de la Universidad McGill; Rachel Fernandes de la Universidad Estatal de Pensilvania; y Sakhee Bhure de la Universidad del Sur de Queensland.

Con información de The Astronomical Journal