Nueva investigación conecta la composición química de los exoplanetas rocosos con la de sus estrellas huéspedes

Las estrellas recién formadas se encuentran rodeadas por un disco circunestelar de gas y polvo, que se conoce como disco protoplanetario. Una fracción del polvo que se encuentra en este disco se condensa para formar las rocas que constituyen los planetas telúricos (o también denominados rocosos o terrestres y que están formados principalmente por silicatos y metales), mientras que el resto del material eventualmente cae sobre la estrella. Dado el origen común de este material, en los modelos de estructura planetaria generalmente se asume que la composición de los planetas rocosos es similar a la composición química de las estrellas que orbitan.

Sin embargo, hasta el momento, no había evidencia observacional directa de una conexión entre la composición química de las estrellas y aquélla de sus planetas terrestres. La única referencia era nuestro Sistema Solar para el cual se sabe que la abundancia de los principales elementos que constituyen las rocas (tales como magnesio, silicio y hierro) de los planetas telúricos (con excepción de Mercurio) es similar a la del Sol.

En una investigación publicada en la prestigiosa revista científica Science, se presentó, por primera vez, una correlación observacional entre la composición química de los exoplanetas rocosos y la composición de sus estrellas huéspedes. El trabajo fue realizado por un equipo internacional de astrónomos encabezado por expertos del Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (Portugal) y contó con la participación de dos investigadores del CONICET, el Dr. Emiliano Jofré y la Dra. Romina Petrucci, ambos pertenecientes al Observatorio Astronómico de la Universidad Nacional de Córdoba (OAC-UNC).

Para llevar a cabo este trabajo, el equipo seleccionó una muestra de 21 exoplanetas rocosos que cuentan con  mediciones de masa y radio de alta precisión para determinar sus densidades y cantidades de hierro. Por otro lado, se determinó la composición química de las estrellas que albergan estos planetas y se dedujo la abundancia de los principales elementos que forman las rocas en los discos protoplanetarios (magnesio, silicio y hierro). Para esto último, los investigadores usaron espectros de alta resolución  obtenidos con instrumentos de última generación montados en grandes observatorios astronómicos alrededor del mundo, tal como Mauna Kea, La Silla, Paranal y Roque de los Muchachos. “En esta parte del trabajo fue muy importante el aporte de los datos obtenidos con tiempo argentino en el telescopio de 8.1 metros y el espectrógrafo GRACES del Observatorio Gemini”, comenta Jofré.

El equipo, además, descubrió que la relación entre la composición estelar y planetaria no es tan simple (uno-a-uno), como se asumió hasta el momento en los modelos de interior planetario.  El análisis de los datos reveló que el contenido de hierro de los planetas rocosos, obtenido a partir de mediciones de la densidad planetaria, es mayor al que se obtiene de la composición de los discos protoplanetarios, derivada a partir del análisis de las estrellas huéspedes. Los investigadores interpretan que este enriquecimiento en hierro de los exoplanetas rocosos podría ser atribuido a la química de los discos protoplanetarios y las peculiaridades de los procesos de formación planetaria.

“Varios estudios previos buscaron una relación entre la composición de los exoplanetas terrestres de baja masa y aquélla de sus estrellas huéspedes, sin embargo, estos trabajos se basaron en el análisis de sistemas planetarios individuales o muestras muy pequeñas. Debido a esto, ninguno de ellos encontró una correlación fuerte tal como la que hemos obtenido en nuestra investigación”, señala Petrucci.

Conocer la composición de un planeta rocoso es clave para saber si éste puede tener océanos o incluso una atmósfera y en base a ello analizar su potencial habitabilidad. “Derivar la composición de este tipo de planetas, sin embargo, no siempre es posible porque a veces no puede determinarse su masa. Los resultados de nuestra investigación son extremadamente útiles porque ahora sabemos con mayor seguridad que podemos tener una estimación de la composición de los planetas rocosos simplemente haciendo un análisis químico detallado de sus estrellas huéspedes. Esto es clave cuando no es posible medir la masa planetaria con facilidad”, concluye Jofré.

Referencia bibliográfica:

Adibekyan, V., Dorn, C. et al. A compositional link between rocky exoplanets and their host stars; Science, Vol. 375, Issue 6565 (https://www.doi.org/10.1126/science.abg8794)

El equipo de investigación:

Vardan Adibekyan (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço - Portugal),

Caroline Dorn (University of Zurich - Suiza),

Sérgio G. Sousa  (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço - Portugal),

Nuno C. Santos  (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço - Portugal),

Bertram Bitsch (Max-Planck-Institut für Astronomie - Alemania),

Garik Israelian (Instituto de Astrofísica de Canarias - España),

Christoph Mordasini (University of Bern - Suiza),

Susana C. C. Barros  (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço - Portugal),

Elisa Delgado Mena  (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço - Portugal),

Olivier D. S. Demangeon  (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço - Portugal),

João P. Faria  (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço - Portugal),

Pedro Figueira  (European Southern Observatory, Chile),

Artur A. Hakobyan (Center for Cosmology and Astrophysics - Armenia),

Mahmoudreza Oshagh (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço - Portugal),

Bárbara M.T.B. Soares (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço - Portugal),

Masanobu Kunitomo (Kurume University - Japón),

Yoichi Takeda (National Astronomical Observatory - Japón),

Emiliano Jofré (CONICET / Observatorio Astronómico - Universidad Nacional de Córdoba; Argentina),

Romina Petrucci (CONICET / Observatorio Astronómico - Universidad Nacional de Córdoba; Argentina),

Eder Martioli (Institut d’Astrophysique de Paris, Francia)