Los suburbios del sistema solar

Los sistemas gravitatorios de tres o más cuerpos tienden a volverse caóticos. Lo hemos comentado aquí en el blog, y también es el tema de una popular nueva serie, llamada precisamente El problema de los tres cuerpos. Por esa razón, la predicción de la evolución del sistema solar, o la reconstrucción de su historia lejana, resultan problemas muy difíciles de afrontar, tanto teórica como computacionalmente. Sabemos, por el registro geológico y fósil, que la Tierra ha sufrido variaciones grandes en algunos de sus parámetros orbitales, que a escala humana nos parecen constantes y eternos. Pero inclusive antes de chocar con ese horizonte de predictibilidad (que está a unos 100 millones de años) ¿qué habría pasado si el sistema solar hubiera sido perturbado de manera externa? Cien millones de años es mucho tiempo, lo cual permite que las estrellas se muevan apreciablemente en su circulación galáctica. Si bien es extremadamente improbable que dos estrellas choquen, la gravedad es una fuerza de largo alcance y, si dos estrellas se acercan, pueden perturbar sus sistemas planetarios y desatar un caos. 

Me interesó un paper que discute precisamente esto, analizando la órbita de la Tierra a medida que las estrellas del vecindario solar, cuyas velocidades hoy se conocen con gran precisión gracias al telescopio espacial Gaia, pasaron relativamente cerca. Entre ellas se destaca HD 7977, una estrella similar al Sol que hace 2.8 millones de años pasó a algunos miles de unidades astronómicas, bien dentro de la nube de Oort, y suficientemente cerca como para afectar las órbitas de los planetas. Esta figura, que forma parte de un lindo video de los autores, muestra la dispersión en la órbita de la Tierra, tras unos 50 millones de años de simulación, cuando existe una incerteza de ¡un centímetro! en las órbitas de los planetas, cuando HD 7977 pasa cerca. Cuando la estrella no pasa, la dispersión es casi inexistente. 

Esto me recordó algo que conté hace años: el misterio de los sednitos. Varios de los objetos del cinturón de Kuiper (Sedna y otros) tienen sus órbitas particularmente alineadas, como si alguien las hubiera soplado de costado. Una hipotética razón para esto es que exista un planeta todavía desconocido en el sistema solar, el Planeta Nueve (llamado a veces Planeta X, lo cual es entre confuso y gracioso):

Mike Brown (descubridor de Sedna, Eris, etc. y experto transneptuniano) está convencido de que el Planeta Nueve  existe, y muestra en sus charlas y sus escritos la cantidad de propiedades inusuales de estas órbitas que resultan explicadas por las perturbaciones que éste produce en el sistema solar exterior. Más aún: estas propiedades le permiten calcular la órbita de Planeta Nueve, tal como aparece dibujada ahí arriba. 

A propósito: fíjense qué ridícula es la órbita misma de Sedna. Compárenla con la de Neptuno, que aparece ahí en el medio. ¿Cómo puede existir un casi-planeta en una órbita que parece la de un cometa, casi desligada del sistema solar? ¿Quién lo puso ahí? ¿Quién lo sostiene sin que el caos lo eyecte? Y bueno, después están los sednitos, una cosa lleva a la otra, qué se yo. Vean el webinar de Brown que enlacé arriba, vale la pena.

Pero claro, la naturaleza caótica de la dinámica hace que la posición del planeta en esta órbita no sea tan fácil de predecir, así que el planeta podría estar en cualquier lugar de la eclíptica. ¿En cualquier lugar? En realidad no: es más probable que se encuentre en algunos lugares que en otros. Precisamente un paper reciente de Brown muestra que ya ha podido eliminar prácticamente toda la franja eclíptica, basándose en las observaciones del survey Pan-STARRS. 

Esto puede interpretarse de dos maneras, una optimista y una pesimista. Por supuesto, Brown toma la posición optimista, y dice que tiene al Planeta Nueve "acorralado", y que lo va a encontrar en esas partes coloridas del mapa celeste. Está seguro de que esto ocurrirá con ayuda del telescopio Vera Rubin, y el fantástico Legacy Survey of Space and Time que producirá en los próximos años. Es decir, el descubrimiento no será como el de Neptuno, cuando el matemático le dijo al astrónomo "apunte para ahí", el astrónomo apuntó y ahí estaba el planeta. Si existe, lo van a encontrar con fuerza bruta, fotografiando todo el cielo cada 3 días.

Ahora, ¿y si pasan 10 años y el Planeta Nueve no aparece? Esa sería la interpretación pesimista del mapa de arriba: la región donde puede estar el Planeta Nueve es tan pequeña porque —lo lamento, Mike— el Planeta Nueve no existe. Es lo que yo creo, aunque me encantaría que hubiese una supertierra en el sistema solar, por supuesto. Mi intuición es que una estrella, de las muchas que han pasado cerca del cinturón de Kuiper en la historia del sistema solar, peinó las órbitas de los sednitos. Veremos veremos. 

Mientras tanto, voten en los comentarios ¿existe o no existe el Planeta Nueve? ¿Eh?

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El paper sobre el paso de HD 7977 es: Kaib et al., Passing stars as an important driver of paleoclimate and the solar system’s orbital evolution, AJLetters, 962:L28, 2024 February 20.

El paper del Planeta Nueve acorralado es: Brown et al., A Pan-STARRS1 search for Planet Nine, arXiv:2401.17977v1, 31 Jan 2024.

Por si alguien se lo pregunta: la primera figura no muestra la trayectoria de la Tierra, sino sus parámetros orbitales: en la dirección radial, la elipticidad, y en la dirección angular, la dirección del perihelio. Cada color es una simulación.