Nueva técnica identifica estrellas que engulleron planetas

Investigación internacional liderada por un equipo de la Universidad de São Paulo sugiere que los sistemas estables –como el Sistema Solar– quizá sean menos comunes de lo que se pensaba, lo que repercute en el surgimiento de vida compleja

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – Un equipo internacional liderado por investigadores de la Universidad de São Paulo (USP), en Brasil, desarrolló un método innovador para identificar estrellas que engulleron los planetas a su alrededor. La técnica se basa en la detección de variaciones en la abundancia de berilio –un elemento químico relativamente raro– y podrá abrir una nueva ventana para el estudio de la evolución de los sistemas planetarios.

Publicado en la revista Astronomy & Astrophysics, el estudio analizó un sistema binario formado por dos estrellas muy similares entre sí, ambas de tipo solar (con características físicas, químicas y de actividad magnética similares a las de nuestro Sol), denominadas HD 129171 y HD 129209. En principio, estrellas binarias como estas deberían presentar prácticamente la misma composición química, pues nacieron al mismo tiempo y de la misma nube molecular (agrupaciones de polvo y gas que funcionan como viveros estelares). Sin embargo, los investigadores encontraron diferencias significativas entre ellas.

“La estrella HD 129171 presenta un enriquecimiento en elementos refractarios, es decir, elementos que normalmente se condensan en estado sólido y constituyen planetas rocosos. Esto sugiere fuertemente que engulló material planetario a lo largo de su evolución”, cuenta la doctoranda del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas (IAG-USP) Anne Rathsam, becaria de la FAPESP y primera autora del artículo.

Los científicos ya sospechaban que algunas estrellas podían incorporar planetas o fragmentos planetarios. El diferencial del nuevo trabajo fue demostrar, por primera vez, que las diferencias en la abundancia de berilio en estrellas binarias pueden funcionar como marcadores confiables de este proceso.

El berilio posee una característica importante: no se produce en el “corazón” de las estrellas a lo largo de su evolución. Por eso, cuando los astrónomos detectan la firma de este elemento en la luz que emite la estrella, esta funciona como una señal de alerta. Indica que la estrella engulló material rocoso –como restos de planetas– mucho tiempo después de haberse formado.

Como explican los autores, los elementos litio, berilio y boro constituyen una importante excepción en la historia química del Universo. “Todos los demás elementos químicos tienen su origen en la nucleosíntesis primordial [la formación de los primeros núcleos atómicos durante los minutos iniciales posteriores al Big Bang] o en la nucleosíntesis estelar [el proceso de fusión nuclear que ocurre en el interior de las estrellas a lo largo de sus vidas]. Pero el berilio y el boro no. Surgen principalmente mediante un proceso denominado ‘espalación cósmica’, en el que partículas de alta energía fragmentan núcleos más pesados, como carbono, nitrógeno y oxígeno, produciendo elementos más ligeros”, describe el astrónomo Jorge Luis Melendez Moreno, profesor del IAG-USP y director del estudio.

El litio también se produce principalmente mediante espalación, aunque una cantidad ínfima de este elemento surgió durante la nucleosíntesis primordial y también puede generarse, en circunstancias especiales, en algunos tipos de estrellas.

“El litio ya se venía utilizando como posible indicador de engullimiento planetario, pero se destruye con relativa facilidad. El berilio es más resistente y su firma química puede perdurar durante más tiempo”, explica Rathsam.

Imagen real del sistema binario estudiado (imagen: Digital Sky Survey/Aladin/Anne Rathsam)

Más de 11 planetas iguales a la Tierra

Para realizar el estudio, el equipo utilizó datos obtenidos con el espectrógrafo UVES, instalado en el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO), en Chile. El instrumento descompone la luz de las estrellas en diferentes longitudes de onda, lo que permite identificar firmas químicas extremadamente sutiles.

Las observaciones mostraron que HD 129171 posee una abundancia significativamente mayor de elementos refractarios –como hierro, magnesio, silicio, calcio y titanio– en comparación con su compañera HD 129209. Además, la estrella presenta un exceso tanto de litio como de berilio. Según los investigadores, el patrón observado es compatible con la ingestión de una cantidad de material rocoso equivalente a más de 11 veces la masa de la Tierra.

“Este material puede haber procedido de un único planeta de gran tamaño o de la suma de varios cuerpos menores. Pero, en el caso de estrellas similares al Sol, la mezcla interna es tan eficiente que la firma química final no permite distinguir entre estos escenarios”, comenta Rathsam.

Aunque la principal contribución original del trabajo fue el análisis químico, que permitió seleccionar el berilio como marcador de episodios de engullimiento planetario, los autores también analizaron, con base en la literatura previamente establecida, los mecanismos dinámicos capaces de hacer que los planetas caigan en sus estrellas anfitrionas. Entre ellos se encuentran las interacciones gravitacionales entre planetas, las perturbaciones producidas por estrellas compañeras y los procesos de migración orbital. Estos mecanismos pueden hacer que las órbitas se vuelvan altamente excéntricas e inestables, provocando que los planetas sean expulsados del sistema, colisionen entre sí o terminen siendo absorbidos por la estrella central.

Una implicación importante del estudio se refiere a la posible rareza de sistemas estables, como el Sistema Solar. Melendez destaca que diversas líneas independientes de evidencia apuntan en la misma dirección. Las simulaciones computacionales de formación planetaria muestran que arquitecturas similares a la del Sistema Solar –con planetas gigantes en órbitas externas casi circulares y planetas rocosos en órbitas internas estables– no surgen con frecuencia. Además, estudios observacionales realizados con estrellas similares al Sol han encontrado pocos análogos de Júpiter en órbitas comparables a la del gigante gaseoso de nuestro sistema.

“Cuando reunimos evidencias procedentes de simulaciones dinámicas, observaciones de exoplanetas y estudios químicos de estrellas binarias, surge un panorama consistente que indica que los sistemas similares al Sistema Solar quizá sean menos comunes de lo que imaginábamos”, señala el investigador.

Melendez cuenta además que los sistemas binarios son muy comunes en la Vía Láctea. Las estimaciones actuales indican que aproximadamente la mitad de las estrellas de la galaxia posee una compañera unida gravitacionalmente. Como las dos estrellas de un sistema binario se forman prácticamente al mismo tiempo y a partir de la misma nube molecular, las diferencias químicas entre ellas constituyen un fuerte indicio de que procesos posteriores –como la ingestión de planetas– alteraron su composición original.

“En nuestro sistema planetario, los planetas poseen órbitas relativamente estables y poco excéntricas. Pero, si el engullimiento planetario es realmente común, esto sugiere que muchos sistemas atraviesan fases dinámicas violentas”, enfatiza Rathsam. Según la investigadora, esto puede tener implicaciones directas para la existencia de vida compleja.

“La vida no solo necesitaría miles de millones de años para surgir y evolucionar. El planeta también tendría que permanecer en una órbita lo suficientemente estable como para sobrevivir a perturbaciones gravitacionales importantes”, explica.

Además de arrojar luz sobre la evolución de los sistemas planetarios, el estudio tiene implicaciones para las teorías de formación estelar y para una técnica conocida como “chemical tagging” (etiquetado químico), utilizada para reconstruir la historia de la Vía Láctea a partir de la composición química de las estrellas.

Si las diferencias químicas observadas en estrellas binarias fueran causadas por heterogeneidades en la nube primordial que les dio origen, esto exigiría revisar los modelos actualmente aceptados sobre formación estelar. Sin embargo, los resultados obtenidos por el equipo favorecen la hipótesis de ingestión planetaria.

En el estudio participaron investigadores de la USP, de la Academia Polaca de Ciencias, de la Academia China de Ciencias, de la Monash University, en Australia, y de observatorios astronómicos italianos. El trabajo también recibió apoyo de la FAPESP mediante un Proyecto Temático coordinado por Melendez.

El artículo Planet engulfment in the chemically anomalous HD 129171/HD 129209 pair puede leerse en: aanda.org/articles/aa/full_html/2026/06/aa59556-26/aa59556-26.html.