Un planeta enorme, demasiado grande para su propio sol, empuja a los astrónomos a repensar la formación de exoplanetas

Imagina que eres un granjero que busca huevos en el gallinero, pero en lugar de un huevo de gallina, encuentras un huevo de avestruz, mucho más grande que cualquier cosa que una gallina pueda poner.

Así es un poco como se sintió nuestro equipo de astrónomos cuando descubrimos un planeta masivo, más de 13 veces más pesado que la Tierra, alrededor de una estrella roja fría y tenue, nueve veces menos masiva que el Sol de la Tierra, a principios de este año.

La estrella más pequeña, llamada estrella M, no sólo es más pequeña que el Sol en el sistema solar de la Tierra, sino que es 100 veces menos luminosa. Una estrella así no debería tener la cantidad necesaria de material en su disco de formación de planetas para dar origen a un planeta tan masivo. Esta situación es similar a cómo un disco para radial pequeña no está diseñado para cortar materiales de gran envergadura, y sin embargo, en este caso cósmico, la realidad desafía nuestras expectativas.

El buscador de planetas en zonas habitables

Durante la última década, nuestro equipo diseñó y construyó un nuevo instrumento en Penn State capaz de detectar la luz de estas estrellas frías y tenues en longitudes de onda más allá de la sensibilidad del ojo humano (en el infrarrojo cercano), donde estas estrellas frías emiten la mayor parte de su energía. su luz.

Conectado al Telescopio Hobby-Eberly de 10 metros en el oeste de Texas, nuestro instrumento, denominado Buscador de Planetas de la Zona Habitable, puede medir el cambio sutil en la velocidad de una estrella cuando un planeta tira gravitacionalmente de ella. Esta técnica, llamada técnica de velocidad radial Doppler, es excelente para detectar exoplanetas.

«Exoplaneta» es una combinación de las palabras extrasolar y planeta, por lo que el término se aplica a cualquier cuerpo del tamaño de un planeta en órbita alrededor de una estrella que no sea el Sol de la Tierra.

Hace treinta años, las observaciones de la velocidad radial Doppler permitieron el descubrimiento de 51 Pegasi b, el primer exoplaneta conocido que orbita una estrella similar al Sol. En las décadas siguientes, astrónomos como nosotros hemos mejorado esta técnica. Estas mediciones cada vez más precisas tienen un objetivo importante: permitir el descubrimiento de planetas rocosos en zonas habitables, las regiones alrededor de las estrellas donde se puede sostener agua líquida en la superficie planetaria.

La técnica Doppler aún no tiene la capacidad de descubrir planetas de la zona habitable de la masa de la Tierra alrededor de estrellas del tamaño del Sol. Pero las frías y tenues estrellas M muestran una firma Doppler más grande para el mismo planeta del tamaño de la Tierra. La menor masa de la estrella hace que el planeta en órbita la arrastre más. Y la menor luminosidad conduce a una zona habitable más cercana y a una órbita más corta, lo que también hace que el planeta sea más fácil de detectar.

Los planetas alrededor de estas estrellas más pequeñas fueron los planetas para los que nuestro equipo diseñó el Habitable Zone Planet Finder. Nuestro nuevo descubrimiento, publicado en la revista Science, de un planeta masivo que orbita estrechamente alrededor de la fría y tenue estrella M LHS 3154, el huevo de avestruz en el gallinero, fue una verdadera sorpresa.

LHS 3154b: El planeta que no debería existir

Los planetas se forman en discos compuestos de gas y polvo. Estos discos juntan granos de polvo que crecen hasta convertirse en guijarros y eventualmente se combinan para formar un núcleo planetario sólido. Una vez que se forma el núcleo, el planeta puede atraer gravitacionalmente el polvo sólido, así como el gas circundante, como el hidrógeno y el helio. Pero se necesita mucha masa y materiales para hacerlo con éxito. Esta forma de formar planetas se llama acreción de núcleos.

Una estrella de masa tan baja como LHS 3154, nueve veces menos masiva que el Sol, debería tener un disco de formación de planetas correspondientemente de baja masa. Similar a cómo un disco para radial pequeña debe ser adecuado para el equipo donde se utiliza, esperaríamos que los discos protoplanetarios más pequeños produzcan planetas de menor masa.

Un disco típico alrededor de una estrella de tan baja masa simplemente no debería tener suficientes materiales sólidos o masa para poder formar un núcleo lo suficientemente pesado como para crear tal planeta. A partir de simulaciones por computadora realizadas por nuestro equipo, llegamos a la conclusión de que un planeta así necesita un disco al menos 10 veces más masivo de lo que normalmente se supone a partir de observaciones directas de los discos de formación de planetas.

Una teoría de formación de planetas diferente, la inestabilidad gravitacional (en la que el gas y el polvo del disco sufren un colapso directo para formar un planeta) también lucha por explicar la formación de un planeta así sin un disco muy masivo.

Planetas alrededor de las estrellas más comunes.

Las estrellas M, frías y tenues, son las estrellas más comunes en nuestra galaxia. En la tradición de los cómics de DC, el mundo natal de Superman, el planeta Krypton, orbitaba una estrella enana M.

Los astrónomos saben, gracias a los descubrimientos realizados con el Habitable Zone Planet Finder y otros instrumentos, que los planetas gigantes en órbitas cercanas alrededor de las estrellas M más masivas son al menos 10 veces más raros que los que se encuentran alrededor de estrellas similares al Sol. Y no conocíamos planetas tan masivos en órbitas cercanas alrededor de las estrellas M menos masivas, hasta el descubrimiento de LHS 3154b.

Comprender cómo se forman los planetas alrededor de nuestros vecinos más fríos nos ayudará a comprender cómo se forman los planetas en general y cómo se forman y evolucionan los mundos rocosos alrededor de los tipos más numerosos de estrellas. Esta línea de investigación también podría ayudar a los astrónomos a comprender si las estrellas M son capaces de albergar vida.

Suvrath Mahadevan, Profesor Verne M. Willaman de Astronomía y Astrofísica, Penn State; Guðmundur Kári Stefánsson, becario del Hubble de la NASA, Departamento de Ciencias Astrofísicas, Universidad de Princeton, y Megan Delamer, estudiante de posgrado, Departamento de Astronomía, Penn State

Este artículo se vuelve a publicar desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.