Un astrónomo descubre que los exoplanetas gigantes gaseosos se forman más rápido de lo que se pensaba
Un nuevo estudio revela que los exoplanetas gigantes como Júpiter se forman en solo 1 o 2 millones de años, mucho más rápido de lo que se creía. Este hallazgo podría cambiar las teorías sobre la formación planetaria en el Sistema Solar y más allá.
Por Enrique Coperías
Recreación artística de una estrella joven rodeada por un disco protoplanetario en el que se están formando planetas. Cortesía: ESO/L. Calçada
Los exoplanetas, esto es, planetas que orbitan una estrella fuera de nuestro sistema solar, con masas similares a la de Júpiter se formaron mucho antes de lo que se pensaba, afirma una nueva investigación.
Los resultados del estudio, llevado a cabo por astrónomos de la Universidad Estatal de Ohio, en Estados Unidos, proporcionan nueva información sobre el momento de la acreción, el proceso mediante el cual se acumula una gran cantidad de gas y partículas sólidas ricas en carbono y oxígeno para formar planetas grandes, como Júpiter.
Los planetas se gestan a partir de discos protoplanetarios, o sea, descomunales nubes giratorias de polvo y gas que contienen los ingredientes perfectos para la formación de nuevos mundos. Este nuevo estudio, publicado en The Astrophysical Journal, sugiere que la acreción ocurre en una etapa temprana, cuando los discos son masivos y mucho más jóvenes de lo que los investigadores habían creído hasta ahora.
Un Júpiter, en la mitad de tiempo
Aunque el número de exoplanetas confirmados no ha hecho más que crecer desde que los astrónomos Michel Mayor y Didier Queloz confirmaron el primero en 1995, el origen de estos mundos y los factores que influyen en su formación siguen siendo un enigma que levanta más de un dolor de cabeza a los planetólogos.
Los planetas extrasolares similares a Júpiter, por ejemplo, se pensaba que tardaban entre 3 y 5 millones de años en formarse completamente; sin embargo, observaciones recientes sugieren que, en el caso de un gigante gaseoso como Júpiter, este proceso probablemente ocurre en solo 1 o 2 millones de años.
Este descubrimiento desafía las teorías existentes sobre la edad a la que se forman estos planetas dentro de los discos protoplanetarios, explica Ji Wang, autor del estudio y profesor asistente de Astronomía, en una nota de prensa de la Universidad Estatal de Ohio.
La formación de la Tierra sucedió mucho después que la de Júpiter
Los resultados de este trabajo podrían llevar a los científicos a reevaluar y modificar sus teorías sobre la formación de planetas, tanto en el Sistema Solar como en otros sistemas planetarios.
«Todo lo que sabemos sobre los exoplanetas puede contextualizarse con el Sistema Sola, y viceversa —señala Wang. Y añade—: Por lo general, la formación planetaria sigue un esquema de abajo hacia arriba, es decir, comienza con objetos pequeños que se agrupan para formar un planeta más grande, pero ese proceso toma tiempo.
Aunque los exoplanetas son objetos planetarios que orbitan más allá de los confines de nuestro sistema solar, comprender su formación puede ayudar a los investigadores a obtener más información sobre la evolución del Sistema Solar, así como de la Tierra primitiva.
La formación de nuestro planeta ocurrió mucho después que la de Júpiter, pero estuvo fuertemente influenciada por este.
Siete exoplanetas gigantes gaseoso, a examen
La interpretación de abajo hacia arriba en la formación planetaria se conoce como la teoría de la acreción del núcleo. Sin embargo, existe otro posible mecanismo de formación basado en la inestabilidad gravitacional, en el cual los grumos en un disco alrededor de una estrella son demasiado masivos para sostenerse y colapsan para formar planetas.
Dado que la historia de acreción de un planeta podría estar estrechamente relacionada con estos dos mecanismos de formación, Wang enfatiza en la importancia de determinar cuál de ellos es el más frecuente.
El equipo de investigación analizó una muestra de siete exoplanetas gigantes gaseosos cuyas propiedades químicas estelares y planetarias ya habían sido medidas en estudios previos, y las comparó con datos de los gigantes gaseosos de nuestro sistema solar, Júpiter y Saturno.
La clave de la metalicidad
Wang y sus colegas demostraron que la formación temprana de estos exoplanetas es consistente con la evidencia reciente que indica que Júpiter se formó mucho antes de lo que se pensaba. Este hallazgo se basa en la sorprendentemente alta cantidad de sólidos que estos exoplanetas han acumulado.
Todos los materiales acumulados al inicio de la formación de un planeta aumentan la metalicidad de su atmósfera. Al observar los rastros que dejan estos materiales, los investigadores pueden medir la cantidad de sólidos que el planeta acumuló en el pasado.
Cuanto mayor es la metalicidad, más sólidos y metales —cualquier elemento más masivo que el hidrógeno y el helio en la tabla periódica)— se supone que fueron capturados durante el proceso de formación, según Wang.
Los exoplanetas gigantes, como Júpiter, se forman mucho más rápido de lo pensado: en solo 1 o 2 millones de años, en lugar de 3 a 5 millones. Sobre estas líneas, recreación artística del exoplaneta similar a Júpiter 51 Eridani b, con capas calientes en las profundidades de su atmósfera que brillan a través de las nubes. Debido a su corta edad, este primo de nuestro propio Júpiter todavía está caliente y lleva información sobre la forma en que se formó hace 20 millones de años. Cortesía: Danielle Futselaar and Franck Marchis / NASA
Un desafío a las teorías planetarias actuales
«Podemos inferir que, en promedio, cada uno de los cinco planetas muestreados acumuló el equivalente a 50 masas terrestres de sólidos —señala este astrónomo . Y continúa—: Una cantidad tan grande de sólidos solo puede encontrarse cuando un sistema tiene menos de dos millones de años, pero en nuestro sistema solar la cantidad total de sólidos disponibles es solo del orden de 30 a 50 masas terrestres».
Estos nuevos datos sugieren que los bloques de construcción utilizados para formar los exoplanetas estaban disponibles en una etapa más temprana de la evolución del disco protoplanetario de lo que se pensaba, y que su disponibilidad disminuyó significativamente en el transcurso de millones de años.
Dado que los científicos generalmente no esperan encontrar evidencia de planetas formados tan temprano, este hallazgo desafía las teorías actuales, según Wang.
La expulsión de Mercurio
«Estos exoplanetas se formaron tan temprano que aún existía un gran reservorio de metales disponible —afirma Wang. Y añade—: Esto es algo para lo que la comunidad científica no estaba completamente preparada, por lo que ahora tendrá que apresurarse para desarrollar nuevas teorías que lo expliquen».
Dado que los gigantes gaseosos absorben enormes cantidades de materia durante la acreción, su formación y migración a través del espacio también afecta el desarrollo de planetas rocosos en otras partes del disco protoplanetario.
En el Sistema Solar, se cree que este fenómeno hizo que Júpiter y Saturno empujaran a Mercurio fuera de su órbita original y que Marte terminara siendo mucho más pequeño que la Tierra o Venus.
Hay que chequear más exoplanetas
Además, con el fin de ayudar a los astrónomos que deseen realizar análisis similares en el futuro sobre la formación de planetas, este trabajo proporciona un marco estadístico para inferir la masa total de sólidos acumulados por cualquier otro exoplaneta. El estudio señala que esta herramienta puede ser útil para analizar otros tipos de datos elementales complejos.
Aunque esta investigación se basó únicamente en datos de archivo, Wang espera que su trabajo sea complementado con nuevas observaciones de alta resolución obtenidas con instrumentos avanzados, como telescopios astronómicos terrestres más potentes o tecnologías de próxima generación, caso del telescopio espacial James Webb.
«Esperamos ampliar este estudio con una muestra más grande de exoplanetas y ver si la tendencia observada en este artículo sigue manteniéndose», concluye Wang. ▪️
Información facilitada por la Universidad de Ohio
Fuente: Ji Wang (王吉). Early Accretion of Large Amounts of Solids for Directly Imaged Exoplanets. The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adb42c
