El planeta recién descubierto es casi el 25 por ciento del tamaño de su estrella

¿Cómo se forma un planeta gigante gaseoso cerca de una estrella enana?

¿Qué se necesita para construir un planeta gigante de gas?

La construcción de modelos de formación planetaria y el estudio de sistemas exosolares nos han proporcionado algunas pistas. Pero hay una pequeña pero creciente lista de casos en los que los dos enfoques difieren sobre lo que es posible. Un nuevo artículo se suma a esa lista al describir un planeta gigante de gas que orbita una estrella enana, creando una situación en la que el planeta tiene un 25 por ciento del tamaño de su huésped, la diferencia más pequeña entre el planeta y la estrella observada.

Los gigantes de gas, como su nombre lo indica, son en su mayoría hidrógeno y helio. Pero los modelos de formación planetaria han sugerido que sólo pueden formarse en sistemas con muchos elementos más pesados alrededor. La idea es que un gran núcleo de material rocoso tiene que formarse rápidamente, antes de que la estrella se encienda por completo y expulse cualquier gas cercano. Si el cuerpo rocoso crece lo suficientemente temprano, puede tomar suficiente gas para iniciar una acumulación atmosférica fugitiva, convirtiéndose en un gigante gaseoso.

El estudio de los sistemas exosolares proporciona algún apoyo para esta idea. Podemos tener una idea de cuántos elementos más pesados, generalmente denominados metales, se encontraban alrededor durante la formación del planeta al observar su presencia en la estrella anfitriona. Si la estrella tiene un alto contenido de metal, entonces los planetas probablemente también tuvieron acceso a muchos elementos más pesados. Para los planetas pequeños y rocosos, no parece importar cuántos elementos más pesados haya alrededor, ya que se encuentran en estrellas con varios grados de contenido metálico. Lo mismo es cierto para los planetas de super-Terrestres y tamaño Neptuno.

Pero no gigantes de gas, éstos sólo se encuentran en planetas con alto contenido de metal, apoyando la idea de que requieren muchos elementos pesados para formar un gran núcleo rápidamente. Esto también implica que deberían ser raras cerca de las estrellas enanas, ya que no se esperaría que estas pequeñas estrellas tuvieran mucho material cerca en primer lugar. Lo que nos lleva al nuevo descubrimiento.

Caza de planetas de próxima generación

Es el primer planeta encontrado por un nuevo proyecto llamado en español la Encuesta de Tránsito de Próxima Generación (NGTS). Basado en Chile, el proyecto es una serie de una docena de pequeños telescopios (abertura de 20 cm) conectados a cámaras CCD sensibles al rojo. Un sistema automatizado hace que los telescopios midan una población de cerca de 20.000 estrellas, buscando oscurecimientos periódicos causados por el tránsito de los planetas entre la estrella y la Tierra. La sensibilidad roja de las cámaras permite que el sistema trabaje con estrellas enanas, que producen una luz mucho más roja que el Sol.

Como el anfitrión del primer planeta descubierto con el nuevo hardware, la estrella tomó el nombre de NGTS-1, con el planeta NGTS-1b. Está cerca de la estrella anfitriona, completando una órbita en sólo 2,65 días. En lugar de pasar directamente entre la estrella huésped y la Tierra, el NGTS-1b sólo atraviesa el borde de la estrella (visión de un planeta que, desde la perspectiva de la Tierra, atraviesa uno de los polos de la estrella). Aún así, eso es suficiente para dar una idea de su tamaño, y es uno grande, 1,33 veces el radio de Júpiter.

Una vez identificado, los investigadores lo visualizaron con el instrumento HARPS, que determina la influencia gravitacional del planeta sobre la estrella huésped. Esto indica que el planeta es 0,8 veces la masa de Júpiter. Las diferencias con nuestro gigante local de gas -radio más grande pero menor masa- son probablemente el resultado de la pequeña distancia entre NGTS-1b y su estrella, que calienta y expande el gas del planeta.

Por el contrario, la estrella en sí misma es bastante pequeña, a sólo un poco más de la mitad del radio del Sol. Eso lo coloca firmemente en la categoría de Enano M.

Todo lo cual hace que sea una combinación bastante inusual. NGTS-1b es sólo el tercer gigante gaseoso encontrado orbitando una enana M-y el más masivo encontrado hasta la fecha. También significa que, por radio, NGTS-1b es aproximadamente el 23 por ciento del tamaño de su estrella anfitriona, más del doble de la diferencia de tamaño relativa entre Júpiter y el Sol.

¿Cómo es que una estrella diminuta acaba con tanto material?

Eso está menos claro. Todo indica que el NGTS-1 es una vieja estrella, lo que significa que se formó cuando los elementos más pesados tenían una abundancia aún menor que la actual. Y, basado en el tamaño de la estrella, se formó bajo condiciones en las que no había mucho material alrededor en primer lugar. No está nada claro cómo se formó un gigante gaseoso bajo esas condiciones.

Ha habido algunos indicios de que los planetas gigantes pueden formarse como las estrellas, a partir del colapso directo de una nube de gas. Pero estos tienden a ser súper júpiteres, objetos que están más cerca de una estrella enana marrón que de Júpiter. Así que es dudoso que sean relevantes para este sistema.

Vale la pena recordar que hay otros dos planetas de la clase Júpiter que también orbitan las estrellas enanas M. Por lo tanto, cualquier solución que lleguemos a explicar NGTS-1b debe ser lo suficientemente general como para dar cuenta de estos otros casos, también.

Es por eso que los autores del artículo argumentan que lo mejor es entender primero el alcance total del problema. Para ello, nos gustaría que un estudio de las estrellas enanas nos mostrara la frecuencia con la que albergan gigantes de gas. A partir de ahí, podemos empezar a determinar las condiciones, como el contenido de elementos pesados, que se asocian con la formación de gases gigantes. Con esos datos en la mano, podría ser posible actualizar nuestros modelos de formación planetaria para dar cuenta de estos sistemas inesperados.

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