¿Cuántos planetas de baja masa pueden formarse y permanecer estables en una zona habitable de estrellas similares al Sol?

La zona habitable de una estrella es bastante estrecha: recuerde que está demasiado cerca de la estrella y que hace demasiado calor para el agua líquida (Venus), demasiado lejos y hace demasiado frío (Marte). El agua en la condición necesaria para la vida tal como la entendemos, existe solo en el rango de temperaturas de aproximadamente 270-350 grados Kelvin. A medida que se aleja de una estrella en un sistema estelar, las temperaturas caen de miles de grados Kelvin cerca de la estrella (piense en Mercurio) a cero absoluto en lugares lejanos (piense en Neptuno). Como puede ver, hay un rango muy pequeño de distancias en un sistema estelar donde un planeta puede existir y aún tener agua líquida.

Ahora, cuando se forman los planetas, tienden a limpiar un rango significativo de distancias desde una estrella: ese material cae sobre el planeta o es expulsado del sistema estelar. Cuanto más grande es el planeta, mayor es su alcance. Es por eso que no se pueden formar planetas en órbitas demasiado cercanas entre sí: tienen que estar separados por ciertas distancias, más aún cuanto más grande sea el planeta. Entonces, para la pregunta, es difícil de decir, pero diría que lo que tenemos en el sistema solar será bastante típico. Puede esperar solo uno o un máximo de dos planetas del tamaño lo suficientemente grande como para mantener el agua y la atmósfera en la zona habitable de temperaturas. Eso depende de si cuentas a Marte como habitable o no. Por lo tanto, la respuesta es la más típica, pero también es posible uno más uno en el límite proximal (caliente) o distal (frío) de la zona habitable.

Por supuesto, si no te importa que el planeta sea lo suficientemente grande como para decir que tiene atmósfera, entonces puedes tener tantos como quieras, por ejemplo, el cinturón de asteroides. Por supuesto, estos no serán habitables per se, incluso si están en la zona habitable.

Puede haber dos excepciones a esta regla: si los planetas son satélites grandes de otro planeta, orbitando dentro de la zona habitable, como Júpiter y sus satélites, de estos puede tener muchos. Segunda excepción: zonas habitables de estrellas mucho más grandes y calientes que el Sol. Para una estrella más caliente, la zona habitable estaría más lejos y, respectivamente, más ancha, por lo que potencialmente podrían formarse más planetas similares a la Tierra. Sin embargo, una estrella mucho más grande y más caliente también tendría una vida mucho más corta que el Sol (las estrellas más pesadas se queman más rápido y terminan en supernova en el espacio de cientos de millones de años, en algunos casos), y eso puede afectar negativamente las perspectivas de formación de vida a pesar de que un planeta puede contener océanos.

Aproximadamente tres, pero depende mucho de las circunstancias.

Los sistemas solares en general son inestables durante largos períodos de tiempo, debido a las interacciones gravitacionales de planetas y cuerpos más pequeños entre sí. Sin embargo, pueden ser estables * lo suficiente * para que se desarrolle la vida. Las interacciones son más fuertes cuando hay resonancias orbitales, cuando una órbita tiene una pequeña relación con otra. Por ejemplo, la clase de objetos Plutino en el Cinturón de Kuiper (que incluye a Plutón por el que reciben su nombre) tiene una resonancia 3: 2 con Neptuno. Van alrededor del Sol dos veces por cada tres órbitas de Neptuno. Las resonancias con Júpiter producen brechas en el cinturón principal de asteroides.

Los cuatro planetas internos, Mercurio a Marte, no están en resonancia entre sí, y tampoco están tan cerca que su gravedad cambia directamente sus órbitas con el tiempo. La zona habitable se define donde es posible el agua líquida, pero esta es una función del brillo de la estrella (se vuelven más brillantes con el tiempo), la masa del planeta (afecta la capacidad de retener agua), la velocidad de rotación y otros detalles.

Tantos como puedas caber en una órbita. Podríamos caber mil Tierras o más solo en nuestra órbita, si las equilibráramos equidistantemente en una órbita circular.

Lo que es probable que se forme naturalmente es una pregunta que no podemos responder: solo tenemos un sistema solar en el que basar nuestras conjeturas, y eso no es mucho. Pero lo que es posible, aceptar coincidencias astronómicamente improbables, es mucho, mucho, mucho.