Un planeta gigante joven ofrece pistas para la formación de mundos exóticos.


Esta animación muestra un planeta gigante gaseoso del tipo conocido como Júpiter caliente, que orbita muy cerca de su estrella. Encontrar más de estos planetas juveniles podría ayudar a los astrónomos a comprender cómo se formaron y si migran de climas más fríos durante sus vidas. Crédito: NASA / JPL-Caltech.

Durante la mayor parte de la historia humana, la comprensión de cómo se forman y evolucionan los planetas se basó en los ocho (o nueve) planetas de nuestro Sistema Solar. Pero en los últimos 25 años, el descubrimiento de más de 4.000 exoplanetas, o planetas fuera de nuestro Sistema Solar, cambió la fuente de estudio.

Entre los más intrigantes de estos mundos distantes se encuentra una clase de exoplanetas llamados Júpiter calientes. De tamaño similar a Júpiter, estos planetas dominados por gas orbitan extremadamente cerca de sus estrellas progenitoras, orbitándolas en tan solo 18 horas. No tenemos nada así en nuestro propio Sistema Solar, donde los planetas más cercanos al Sol son rocosos y orbitan mucho más lejos. Las preguntas sobre los Júpiter calientes son tan grandes como los mismos planetas: ¿se forman cerca de sus estrellas o más lejos y posteriormente migran hacia el interior del sistema? Si estos gigantes migran, ¿qué revelaría eso sobre la historia de los planetas en nuestro propio Sistema Solar?

Para responder estas preguntas, los científicos necesitan observar muchos de estos gigantes calientes en su formación temprana. Ahora, un nuevo estudio en el Astronomical Journal informa sobre la detección del exoplaneta HIP 67522 b, que parece ser el Júpiter caliente más joven que se haya encontrado. Orbita alrededor de una estrella bien estudiada que tiene unos 17 millones de años, lo que significa que el Júpiter caliente es probablemente solo unos pocos millones de años más joven; hasta ahora, los Júpiter calientes más conocidos tienen más de mil millones de años. El planeta tarda unos siete días en orbitar su estrella, que tiene una masa similar a la del Sol. Ubicado a solo unos 490 años luz de la Tierra, HIP 67522 b tiene aproximadamente 10 veces el diámetro de la Tierra, un diámetro muy parecido al de Júpiter. Su tamaño indica que es un planeta dominado por gas.

HIP 67522 b fue identificado como un candidato para el planeta por el Satélite de Búsqueda de Exoplanetas en Tránsito de la NASA (TESS), que detecta planetas a través del método de tránsito: los científicos buscan pequeñas caídas en el brillo de una estrella, lo que indica que un planeta en órbita ha pasado entre el observador y la estrella. Pero las estrellas jóvenes tienden a tener muchas manchas oscuras en sus superficies (manchas de estrellas, también llamadas manchas solares cuando aparecen en el Sol) que pueden parecerse a los planetas en tránsito. Por lo tanto, los científicos utilizaron datos del observatorio infrarrojo recientemente retirado de la NASA, el Telescopio Espacial Spitzer, para confirmar que la señal de tránsito provenía de un planeta y no de un punto estelar. (Otros métodos de detección de exoplanetas han dado indicios de la presencia de Júpiter calientes aún más jóvenes, pero ninguno ha sido confirmado).

El descubrimiento ofrece la esperanza de encontrar más Júpiter calientes jóvenes y aprender más sobre cómo se forman los planetas en todo el Universo, incluso aquí en nuestro hogar.

“Podemos aprender mucho sobre nuestro Sistema Solar y su historia al estudiar los planetas y otras objetos que orbitan alrededor del Sol”, dijo Aaron Rizzutto, un científico de exoplanetas de la Universidad de Texas en Austin que dirigió el estudio. “Pero nunca sabremos cuán único o común es nuestro Sistema Solar a menos que estemos buscando exoplanetas. Los científicos de exoplanetas están descubriendo cómo nuestro Sistema Solar encaja en la imagen más amplia de la formación de planetas en el Universo”.

¿Gigantes migratorios?

Hay tres hipótesis principales sobre cómo los Júpiter se acercan tanto a sus estrellas progenitoras. Una es que simplemente se forman allí y se quedan. Pero es difícil imaginar planetas formándose en un ambiente tan intenso. No solo el calor abrasador vaporizaría la mayoría de los materiales, sino que las estrellas jóvenes a menudo estallan con explosiones masivas y vientos estelares, dispersando potencialmente cualquier planeta emergente.

Parece más probable que los gigantes gaseosos se desarrollen más lejos de su estrella madre, más allá de un límite llamado línea de nieve, donde es lo suficientemente frío como para que se forme hielo y otros materiales sólidos. Los planetas similares a Júpiter están compuestos casi por completo de gas, pero contienen núcleos sólidos. Sería más fácil para esos núcleos formarse más allá de la línea de nieve, donde los materiales congelados podrían adherirse como una bola de nieve en crecimiento.

Las otras dos hipótesis suponen que este es el caso, y que los Júpiter calientes luego se acercan a sus estrellas. Pero, ¿cuál sería la causa y el momento de la migración?

Una idea plantea que los Júpiter calientes comienzan su viaje temprano en la historia del sistema planetario, mientras que la estrella todavía está rodeada por el disco de gas y polvo del que se formaron tanto él como el planeta. En este escenario, la gravedad del disco que interactúa con la masa del planeta podría interrumpir la órbita del gigante gaseoso y hacer que migre hacia adentro.

La tercera hipótesis sostiene que los Júpiter calientes se acercan a su estrella más tarde, cuando la gravedad de otros planetas alrededor de la estrella puede impulsar la migración. El hecho de que HIP 67522 b ya esté tan cerca de su estrella tan pronto después de su formación indica que esta tercera hipótesis probablemente no se aplica en este caso. Pero un joven y caliente Júpiter no es suficiente para resolver el debate sobre cómo se forman todos.

“A los científicos les gustaría saber si existe un mecanismo dominante que forme la mayoría de los Júpiter calientes”, dijo Yasuhiro Hasegawa, astrofísico especializado en formación de planetas en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA que no participó en el estudio. “En la comunidad en este momento no hay un consenso claro sobre qué hipótesis de formación es más importante para reproducir la población que hemos observado. El descubrimiento de este joven y caliente Júpiter es emocionante, pero es solo una pista de la respuesta. Para resolver el misterio, necesitaremos más”.

TESS es una misión del Explorador de Astrofísica de la NASA dirigida y operada por MIT en Cambridge, Massachusetts, y administrada por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. Los socios adicionales incluyen Northrop Grumman, con sede en Falls Church, Virginia; Centro de Investigación Ames de la NASA en el Silicon Valley de California; el Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica en Cambridge, Massachusetts; Laboratorio Lincoln del MIT; y el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore. Más de una docena de universidades, institutos de investigación y observatorios de todo el mundo participan en la misión.

El Telescopio Espacial Spitzer de la NASA fue retirado el 30 de enero de 2020. La comunidad científica sigue analizando los datos científicos a través del archivo de datos Spitzer ubicado en el Archivo de Ciencias Infrarrojas ubicado en IPAC en Caltech en Pasadena, California. JPL gestionó las operaciones de la misión Spitzer para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. Las operaciones científicas se llevaron a cabo en el Centro de Ciencias Spitzer en IPAC en Caltech. Las operaciones de naves espaciales se basaron en Lockheed Martin Space en Littleton, Colorado. Caltech gestiona JPL para la NASA.

Rizzuto es un compañero del estudio de 51 Pegasi b financiado por la Fundación Heising-Simons.