Hace 200 años, Newton se preguntó si las interacciones entre los planetas eventualmente harían que el Sistema Solar fuera inestable. Newton tenía al menos parte de razón. Pero determinar el futuro de un sistema complicado como nuestro Sistema Solar no es una tarea fácil, especialmente porque implica algún pronóstico científico sobre eventos que tardan miles de millones de años en desarrollarse.

En un estudio reciente, los autores realizaron una serie de lo que se denominan simulaciones de cuerpos N. Son una herramienta de uso frecuente en astronomía y astrofísica. Las simulaciones de cuerpos N son usualmente simulaciones de sistemas dinámicos de partículas que interactúan, aunque en este caso, las partículas son los planetas y el Sol. Parece que en varios miles de millones de años, el Sol —el eje del Sistema Solar— cambiará drásticamente. La fusión de hidrógeno en su núcleo disminuirá y el Sol dejará la secuencia principal. Se expandirá hasta convertirse en una gigante roja, envolviendo a Mercurio, Venus y probablemente a la Tierra. La supervivencia de Marte es incierta, pero dado que su masa es tan baja, si sobrevive o no, no afectará mucho a los grandes planetas exteriores.

El futuro de la Tierra y el Sistema Solar

Podrías preguntar: Una vez que la Tierra haya sido consumida por el Sol, ¿a quién le importa lo que pase después? ¿Por qué molestarse con estas simulaciones? Bueno, tal vez la humanidad haya migrado hacia otras regiones del Sistema Solar para entonces. Pero ya sea que lo hayamos hecho o no, todavía tenemos curiosidades que solo se pueden aclarar conociendo el destino del Sistema Solar.

Entonces, a medida que el Sol se expande en un gigante rojo, también comenzará a perder masa. De hecho, es probable que pierda alrededor de la mitad de su masa en los próximos 7 mil millones de años más o menos. La pérdida de masa, que ancla las órbitas de los planetas y otros cuerpos del Sistema Solar, será extremadamente perturbadora.

Lo más probable es que la expansión del Sol signifique el “fin del juego” para los planetas rocosos interiores. Pero para cualquier ser humano o sus descendientes distantes e irreconocibles que se aferran a la vida, ya sea en el océano de Europa o en algún otro lugar, también habrá terminado el juego.

Sin la masa del Sol para anclarlos gravitacionalmente, los planetas exteriores del Sistema Solar se despegarán de su centro de masa, el Sol. Su comportamiento orbital se volverá impredecible, errático. Se alejarán más, hacia el espacio profundo.

Hasta ahora, esto no es conocimiento nuevo. “Debido a la pérdida de masa solar, que se espera que elimine aproximadamente la mitad de la masa de la estrella, las órbitas de los planetas gigantes se expanden”, escriben los autores. Pero Zink y sus colegas querían saber qué sucede después de esto. Según su trabajo, habrá otro período de relativa estabilidad para algunos de los planetas.

“Este proceso mantiene las proporciones del período orbital, pero las interacciones mutuas entre los planetas y el ancho de las resonancias de movimiento medio aumentan, lo que lleva a la captura de Júpiter y Saturno en una configuración resonante estable de 5:2”.

Pero estas órbitas expandidas, junto con otras características, hacen que la situación sea insostenible. La nueva configuración, que carece del efecto de anclaje a la masa del Sol, es susceptible a “… perturbaciones por interacciones estelares”, escriben los autores. En este punto de sus simulaciones, nuestro Sol, irreconocible, es ahora una enana blanca.

Como consecuencia, los encuentros estelares perturban a los planetas en el subdominio caótico de la resonancia 5:2, lo que desencadena una inestabilidad a gran escala, que culmina en las eyecciones de todos los planetas, menos uno.

¿Cuál es el único planeta que resistirá la expulsión? Lo más probable es que sea Júpiter, el planeta más masivo de nuestro Sistema Solar. Sin ningún compañero, Júpiter se quedará solo durante un buen tiempo cosmológico.

“Con la ausencia de planetas adicionales, el planeta sobreviviente carece de un mecanismo directo para obtener energía positiva. La única fuente restante de intercambio de energía es a través de las interacciones con las estrellas que van pasando”, escriben los autores en su artículo. Y calculan que pasará una estrella cada 20 millones de años.

Como el último planeta en pie, la excentricidad orbital de Júpiter aumentará. “Como resultado, la escala de tiempo esperada para la eyección del gigante gaseoso, posterior a la inestabilidad, se reduce aproximadamente en un factor de dos (en comparación con la órbita planetaria antes del inicio de la inestabilidad). Así que el viejo y solitario Júpiter será más susceptible de ser expulsado por cualquier estrella que pase”.

Si este nuevo estudio es correcto, Júpiter podría ser el último planeta del Sistema Solar.

Si está imaginando un evento de perturbaciones por interacciones estelares en las circunstancias adecuadas para expulsar a Júpiter, probablemente no sea del todo correcto. Es más bien como una muerte lenta y agónica.

“Dado que estos encuentros son raros, y la mayoría de las interacciones tendrán pequeños efectos dinámicos en el resto del planeta, el proceso de eyección puede, en principio, ocurrir de manera constante…”, escriben Zink y los coautores.

Por otro lado, dado el tiempo suficiente, también es posible que un encuentro extremadamente cercano expulse independientemente al último planeta de lo que quede del sistema solar. El mecanismo subyacente para la expulsión del último planeta representa una competencia entre estos dos procesos. Es decir, cualquiera de las dos cosas podría suceder.

Esto no es fácil de simular, especialmente porque todo sucederá dentro de miles de millones de años. Apropiadamente, los autores plantean una pregunta: “En otras palabras, ¿el último planeta será expulsado por un solo evento importante o por muchos pequeños intercambios de energía?”

Sin embargo, los autores ofrecen un par de advertencias. Una se refiere a la cantidad de simulaciones que realizaron: 10. Reconocen que su estudio no constituye evidencia estadística sólida, pero el hecho de que cada simulación produjo resultados similares, sigue siendo significativo. “En nuestras 10 simulaciones, los cuatro gigantes gaseosos son expulsados ​​del sistema solar en 10¹²  años, luego del final de la pérdida de masa solar”, escriben los autores del estudio.

Otra advertencia involucra a las estrellas que se acercaran al solitario Júpiter. Modelaron acercamientos individuales de estrellas, pero aproximadamente la mitad de todas las estrellas son binarias. Es decir, dos estrellas compañeras. El equipo excluyó esos encuentros de sus simulaciones, más o menos. Pero aun así, los tomaron en cuenta, reconociendo que los acercamientos de sistemas binarios probablemente serían más perjudiciales que los acercamientos de estrellas solitarias. Al elegir excluir estos encuentros con sistemas binarios, los autores están haciendo una estimación conservadora de la vida útil del futuro sistema solar. En otras palabras, el efecto de incluir acercamientos de sistemas binarios reduciría aún más esta vida útil esperada.

Al comienzo de su artículo, los autores expresan una precaución con respecto a sus propios resultados. “Desafortunadamente”, escriben, “incluso las simulaciones de Cuerpos N más precisas, solo pueden producir pronósticos de tiempo limitado para la evolución del sistema solar. Debido a la naturaleza caótica de las órbitas planetarias, el pronóstico determinista es imposible en escalas de tiempo suficientemente largas”.

Por supuesto, la propia Vía Láctea cambiará mucho en estas escalas de tiempo extremadamente largas. ¿Cómo afectará eso al futuro del Sistema Solar?

A medida que el Sistema Solar, o lo que queda de él, migre a través de la galaxia, la perspectiva puede cambiar. “Durante las escalas de tiempo consideradas en este estudio, el sistema solar puede sufrir una migración radial a través de la Galaxia, encontrando regiones de diferente densidad estelar y dispersión de velocidad”. Pero eso es casi imposible de modelar.

¿Migrará hacia afuera o hacia adentro? Nadie está seguro, y nadie está seguro de si eso significa que el sistema remanente encontrará menos estrellas o más estrellas. Pero la tasa de encuentro podría variar tres veces.

También se espera que la Vía Láctea colisione o se fusione con la galaxia de Andrómeda en varios miles de millones de años. Pero, de nuevo, eso no es fácil de modelar a nivel granular de sistemas solares individuales. “Estos cambios tendrán un impacto en la tasa y la velocidad de los encuentros estelares, pero estimar con precisión estos cambios sigue siendo difícil y está más allá del alcance de este trabajo actual”.

En cualquier caso, no hay razón para preocuparse. Es poco probable que la humanidad esté presente para presenciar algo de esto. Si es cierto que el 99,9% de todas las especies que han existido alguna vez se han extinguido, no tenemos grandes probabilidades seguir vivíos para entonces.

Pero la pregunta sobre el destino del Sistema Solar sigue siendo fascinante. Eventualmente, los antiguos compañeros planetarios se dispersarán y se desplazarán por el espacio profundo como planetas exiliados de su hogar. Si alguna otra especie de sabelotodos alguna vez los ve, no tendrán idea de sus orígenes y no tendrán forma de saber que cierta especie de primates homínidos en cierto planeta se preguntó cuál sería su destino final.