Astrónomos encuentran un sistema solar que “no debería existir”

Por Jacopo Prisco, CNN

Un hallazgo a 116 años luz de la Tierra desafía las leyes de la astronomía. Un equipo de investigadores, utilizando la potencia combinada de los telescopios de la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés), ha detectado un sistema exoplanetario que podría obligar a los científicos a reescribir las teorías actuales sobre la formación de los planetas.

Este sistema solar, cuya existencia rompe con los modelos establecidos, se ha convertido en el nuevo foco de estudio para entender cómo nacen los mundos en el universo profundo.

Cuatro planetas orbitan alrededor de LHS 1903 —una enana roja, el tipo de estrella más común del universo— y están dispuestos en una secuencia peculiar. El planeta más interno es rocoso, mientras que los dos siguientes son gaseosos e, inesperadamente, el planeta más externo también es rocoso.

Esta disposición contradice un patrón comúnmente observado en la galaxia y en nuestro propio sistema solar, donde los planetas rocosos (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) orbitan más cerca del sol y los gaseosos (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) están más lejos.

Los astrónomos sospechan que este patrón común surge porque los planetas se forman dentro de un disco de gas y polvo alrededor de una estrella joven, donde las temperaturas son mucho más altas cerca del cuerpo celeste. En estas regiones interiores, compuestos volátiles como el agua y el dióxido de carbono se vaporizan, mientras que solo los materiales capaces de soportar el calor extremo—como el hierro y los minerales formadores de roca—pueden unirse en granos sólidos. Por eso, los planetas que se forman allí son principalmente rocosos.

Más lejos de la estrella, más allá de lo que los científicos llaman la “línea de nieve”, las temperaturas son lo suficientemente bajas como para que el agua y otros compuestos se condensen en hielo sólido—un proceso que permite que los núcleos planetarios crezcan rápidamente. Cuando un planeta en formación alcanza alrededor de 10 veces la masa de la Tierra, su gravedad es lo suficientemente fuerte como para atraer grandes cantidades de hidrógeno y helio, y en algunos casos, este rápido crecimiento produce un planeta gigante gaseoso como Júpiter o Saturno.

“El paradigma de la formación planetaria es que tenemos planetas internos rocosos muy cerca de las estrellas, como en nuestro sistema solar”, dijo Thomas Wilson, profesor asistente del departamento de física en la Universidad de Warwick en Inglaterra y primer autor de un estudio sobre el descubrimiento que fue publicado este jueves en la revista Science. “Esta es la primera vez que tenemos un planeta rocoso tan lejos de su estrella anfitriona, y después de estos planetas ricos en gas”.

El inesperado planeta rocoso, llamado LHS 1903 e, tiene un radio de aproximadamente 1.7 veces el de la Tierra, lo que lo convierte en lo que los astrónomos llaman una “súper Tierra”, una versión más grande de nuestro planeta con densidad y composición similar. Pero, ¿por qué está ahí, desafiando la lógica y observaciones previas?

“Creemos que estos planetas se formaron en entornos muy diferentes entre sí, y eso es lo que hace único”, dijo Wilson. “Este planeta exterior, que es más rocoso en comparación con los dos planetas del medio, no debería existir según la teoría estándar de formación. Pero creemos que lo que sucedió es que se formó después que los otros planetas”.

El sistema planetario fue descubierto por primera vez utilizando el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito, o TESS, un telescopio espacial de la NASA lanzado en 2018 para descubrir nuevos exoplanetas. Luego el sistema fue analizado con el Satélite de Caracterización de Exoplanetas de la ESA, o Cheops, lanzado en 2019 para estudiar estrellas que ya se sabe que albergan exoplanetas. Los investigadores también utilizaron datos de otros telescopios alrededor del mundo, lo que llevó a una gran colaboración internacional.

Después de que confirmaran el extraño hallazgo de un sistema planetario “al revés”, los científicos pusieron a prueba algunas hipótesis para explicar la presencia del planeta rocoso más exterior, con la esperanza de comprender si podría haberse formado mediante una colisión entre otros planetas, o si podría ser el remanente de un planeta rico en gas que perdió su envoltura exterior.

“Hicimos muchos análisis dinámicos en este estudio, básicamente lanzando estos planetas unos contra otros y lanzando otros planetas contra estos planetas, viendo si podías eliminar la atmósfera, si podías crear estos planetas a través de impactos”, dijo Wilson, refiriéndose a dos posibles procesos de formación. “Pero no podemos hacer estos planetas de esta manera”.

Una vez descartadas estas posibilidades, los investigadores se inclinaron por lo que Wilson llama un mecanismo de formación “pobre en gas”, en el que los planetas se formaron uno tras otro y en el orden opuesto al de nuestro propio sistema solar, comenzando con el planeta más interior y avanzando hacia afuera.

“Este mecanismo de formación, donde empiezas con el más interior y luego te alejas de la estrella anfitriona, significa que el planeta más exterior se formó millones de años después que el más interior”, dijo Wilson. “Y debido a que se formó más tarde, en realidad no quedaba tanto gas y polvo en el disco para formar este planeta”.

En nuestro sistema solar, los gigantes gaseosos se formaron primero y rápidamente, seguidos por los cuatro planetas rocosos interiores. También hay cuerpos rocosos más allá de la órbita de Neptuno, como Plutón, pero a diferencia de LHS 1903 e, dijo Wilson, son mucho más pequeños, ricos en hielo y probablemente se formaron mucho más tarde que los otros planetas del sistema solar, como resultado de colisiones.

El hallazgo podría ofrecer “algunas de las primeras pruebas para cambiar el guion sobre cómo se forman los planetas alrededor de las estrellas más comunes de nuestra galaxia”, según Sara Seager, profesora de ciencia planetaria y física en el Instituto de Tecnología de Massachusetts y coautora del estudio.

No obstante, añadió que el estudio se centra en una interpretación difícil, por lo que el debate sigue abierto. “Incluso en un campo maduro, los nuevos descubrimientos pueden recordarnos que todavía tenemos mucho camino por recorrer para entender cómo se construyen los sistemas planetarios”, señaló en un correo electrónico.

LHS 1903 es un sistema planetario misterioso que puede enseñar mucho a los científicos sobre cómo se forman y evolucionan los planetas pequeños, según Heather Knutson, profesora de ciencia planetaria en el Instituto de Tecnología de California que no participó en el estudio. “El planeta e es particularmente interesante, ya que potencialmente puede albergar muchos tipos diferentes de atmósferas y puede ser lo suficientemente frío para que el agua se condense”, dijo en un correo electrónico. “Sería un planeta fascinante para observar con el Telescopio Espacial James Webb, que quizás pueda decirnos más sobre las propiedades de su atmósfera”.

Según Ana Glidden, investigadora posdoctoral en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT, el sistema de cuatro planetas LHS 1903 puede servir como un laboratorio natural para estudiar cómo se forman los planetas pequeños alrededor de una estrella diferente a nuestro propio sol. Ella tampoco participó en la investigación.

“Los autores concluyen razonablemente que el planeta más exterior probablemente se formó en una región con poco gas, en lugar de perder su atmósfera a través de una colisión violenta”, escribió Glidden en un correo, agregando que futuras observaciones pueden permitir a los científicos explorar sus atmósferas y comprender mejor cómo se forman y evolucionan los diferentes tipos de planetas.

La hipótesis de formación expuesta en el artículo es emocionante, pero la formación de planetas es un proceso complejo que los científicos aún están tratando de entender, advirtió Néstor Espinoza, astrónomo del Space Telescope Science Institute en Baltimore, quien no trabajó en el estudio.

Cómo se forman los planetas alrededor de estrellas pequeñas como LHS 1903 es ahora un tema de debate, añadió Espinoza en un correo electrónico. “Este sistema añade un punto de datos muy interesante que hará que los modelos de formación planetaria intenten explicarlo durante años — y estoy seguro de que aprenderemos algo nuevo sobre el proceso de formación de planetas una vez que se comparen entre sí”.

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