Planeta demasiado grande para su estrella desafía los modelos de formación del sistema solar

El descubrimiento de un planeta mucho más masivo que su estrella está cuestionando lo que se entendía previamente sobre la formación de planetas y sus sistemas solares, según investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania.

Interpretación artística de la posible vista desde LHS 3154b hacia su estrella anfitriona de baja masa. Dada su gran masa, es probable que LHS 3154b tenga una composición similar a la de Neptuno. Crédito: PSU.

El planeta tiene más de 13 veces la masa de la Tierra y orbita la estrella «ultrafría» LHS 3154, la cual es nueve veces menos masiva que el Sol. Esto quiere decir que la proporción de masa entre el planeta recién descubierto y su estrella anfitriona es más de 100 veces mayor que la de la Tierra y el Sol.

Semejante hallazgo contradice lo que las teorías actuales predecirían para la formación de planetas alrededor de estrellas pequeñas y marca la primera vez que se avista un planeta con una masa tan alta orbitando una estrella de tan baja masa.

«Este descubrimiento destaca lo poco que sabemos realmente sobre el universo», dijo Suvrath Mahadevan, profesor Verne M. Willaman de Astronomía y Astrofísica en Penn State y coautor del estudio publicado en la revista Science. «No esperaríamos encontrar un planeta tan pesado alrededor de una estrella de tan baja masa».

Explicó que las estrellas se forman a partir de grandes nubes de gas y polvo. Después de que se forma la estrella, el gas y el polvo permanecen como discos de material orbitando la estrella recién nacida, que eventualmente pueden convertirse en planetas.

Comparación de masas entre el sistema LHS 3154 y nuestra Tierra y Sol. Crédito: PSU.

«El disco de formación planetaria alrededor de la estrella de baja masa LHS 3154 no se espera que tenga suficiente masa sólida para crear este planeta», señaló Mahadevan. «Pero está ahí, así que ahora necesitamos reexaminar nuestra comprensión de cómo se forman planetas y estrellas».

Los investigadores avistaron el planeta sobredimensionado, bautizado como LHS 3154b, utilizando un espectrógrafo astronómico construido en Penn State por un equipo de científicos dirigido por Mahadevan. El instrumento, llamado Habitable Zone Planet Finder o HPF, fue diseñado para detectar mundos orbitando las estrellas más frías fuera de nuestro sistema solar con el potencial de tener agua líquida —un ingrediente clave para la vida— en sus superficies.

Aunque es muy difícil detectar tales planetas alrededor de estrellas como nuestro sol, la baja temperatura de las estrellas ultrafrías significa que los planetas capaces de tener agua líquida en su superficie están mucho más cerca de su estrella en comparación con la Tierra y el Sol.

«Esta menor distancia entre estos planetas y sus estrellas, combinada con la baja masa de las estrellas ultrafrías, produce una señal detectable anunciando la presencia del planeta», explicó Mahadevan.

«Piensa en ello como si la estrella fuera una fogata. Cuanto más se enfríe el fuego, más cerca necesitarás estar de él para mantenerte caliente. Lo mismo ocurre con los planetas. Si la estrella es más fría, entonces un planeta tendrá que estar más cerca de esa estrella si va a ser lo suficientemente cálido como para contener agua líquida. Si un planeta tiene una órbita lo suficientemente cercana a su estrella ultrafría, podemos detectarlo al ver un cambio muy sutil en el color de los espectros o la luz de la estrella mientras es atraída por un planeta en órbita», añadió.

Extremadamente raro

Ubicado en el telescopio Hobby-Eberly en el Observatorio McDonald en Texas, el HPF proporciona algunas de las mediciones de mayor precisión hasta la fecha de estas señales infrarrojas de estrellas cercanas.

«Hacer el descubrimiento con HPF fue especialmente emocionante, ya que es un instrumento nuevo que diseñamos, desarrollamos y construimos desde cero con el propósito de observar la población de planetas inexplorados alrededor de las estrellas de menor masa», dijo Guðmundur Stefánsson, becario NASA Sagan en Astrofísica en la Universidad de Princeton y autor principal del artículo, quien ayudó a desarrollar HPF y trabajó en el estudio como estudiante de posgrado en Penn State. «Ahora estamos cosechando las recompensas, aprendiendo aspectos nuevos e inesperados de esta emocionante población de planetas que orbitan algunas de las estrellas más cercanas».

El instrumento ya ha proporcionado información crucial en la detección y confirmación de nuevos planetas, pero el descubrimiento del planeta LHS 3154b superó todas las expectativas.

«Basándonos en trabajos de estudio actuales con el HPF y otros instrumentos, un objeto como el que descubrimos probablemente sea extremadamente raro, por lo que detectarlo ha sido realmente emocionante», comentó Megan Delamer, estudiante de posgrado en astronomía en Penn State y coautora del artículo. «Nuestras teorías actuales de formación planetaria tienen dificultades para explicar lo que estamos viendo».

En el caso del planeta masivo descubierto orbitando la estrella LHS 3154, el núcleo planetario pesado inferido por las mediciones del equipo requeriría una cantidad mayor de material sólido en el disco de formación planetaria de lo que las modelos actuales predicen. El hallazgo también plantea preguntas sobre la comprensión previa de la formación de estrellas, ya que la masa de polvo y la relación de polvo a gas del disco que rodea a estrellas como LHS 3154, cuando eran jóvenes y recién formadas, necesitaría ser 10 veces mayor de lo observado para formar un planeta tan masivo como el que encontró el equipo.

«Lo que hemos hallado proporciona un caso de prueba extremo para todas las teorías existentes de formación planetaria», dijo Mahadevan. «Esto es exactamente para lo que construimos HPF, para descubrir cómo se forman planetas alrededor de las estrellas más comunes en nuestra galaxia, y encontrar esos planetas».

Fuente: PSU. Edición: MP.