Hallan un planeta único tipo «algodón de azúcar»

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Existe una rara categoría de planetas, llamados «super-puff» o «algodón de azúcar», que intriga a los astrónomos: se trata de unos mundos gigantes, recubiertos de una enorme envoltura de gases que les otorga un increíble tamaño, pero con muy poca densidad, ya que tienen núcleos sólidos más pequeños que los de Júpiter y Saturno, nuestros gigantes gaseosos. Este es el caso del exoplaneta gigante WASP-107b, descubierto en 2017. Sin embargo, los científicos acaban de descubrir que WASP-107b tiene una particularidad que le hace único dentro de su ya extraño tipo: su masa es mucho menor de lo que se pensaba que era necesario para crear la inmensa capa de gas que lo rodea.

Este intrigante descubrimiento llevado a cabo por la estudiante Caroline Piaulet del Instituto de Investigación de Exoplanetas (iREx) de la Universidad de Montreal (UdeM), en Canadá, sugiere que los planetas gigantes gaseosos se forman con mucha más facilidad de lo que se pensaba anteriormente, tal y como afirma en el estudio que acaba de publicar en « Astronomical Journal» junto con colegas de Estados Unidos, Alemania y Japón.

«Este trabajo tiene grandes implicaciones», afirma Björn Benneke, autor del estudio, profesor de astrofísica de la UdeM y líder del equipo de investigadores que también consiguieron por primera vez detectar agua en un exoplaneta ubicado en la zona habitable de su estrella en 2019. «Este trabajo aborda los fundamentos mismos de cómo los planetas gigantes pueden formarse y crecer, y proporciona una prueba concreta de que se puede desencadenar una acumulación enorme de una envoltura de gas para núcleos que son mucho menos masivos de lo que se pensaba». Es decir, mundos gigantescos pero muy livianos.

Tan grande como Júpiter pero 10 veces más ligero

WASP-107b se detectó por primera vez en 2017 alrededor de WASP-107, una estrella a unos 212 años luz de la Tierra, en la constelación de Virgo. El planeta está muy cerca de su estrella, más de 16 veces más próximo que la Tierra del Sol. Tan grande como Júpiter pero 10 veces más liviano, WASP-107b es uno de los exoplanetas menos densos conocidos.

Piaulet y su equipo utilizaron por primera vez las observaciones de WASP-107b obtenidas en el Observatorio Keck, en Hawai, para evaluar su masa con una mayor precisión. Usaron el método de velocidad radial, que permite determinar la masa de un planeta observando el movimiento de oscilación de su estrella anfitriona por a la atracción gravitacional del planeta. Así es como concluyeron que la densidad de este planeta tipo «algodón de azúcar» es aproximadamente una décima parte de la de Júpiter.

Después, el equipo hizo un análisis para determinar su estructura interna más probable: llegaron a la sorprendente conclusión de que, con una densidad tan baja, el planeta debe poseer un núcleo sólido de no más de cuatro veces la masa de la Tierra. Esto significa que más del 85% de su masa proviene de la gruesa capa de gas que rodea el núcleo. En comparación, Neptuno, que tiene una masa similar a WASP-107b, solo tiene del 5% al 15% de su masa total en su capa de gas.

«Teníamos muchas preguntas sobre WASP-107b -dice Piaulet-, ¿cómo pudo formarse un planeta de tan baja densidad? ¿Y cómo evitó que se escapara su enorme capa de gas, especialmente dada la proximidad del planeta a su estrella? Esto nos motivó a llevar a cabo un análisis más profundo para determinar su historial de formación».

Un gigante gaseoso en ciernes

Los planetas se forman en el disco de polvo y gas que rodea a una estrella joven, llamado disco protoplanetario. Los modelos clásicos de formación de planetas gigantes gaseosos se basan en lo que sabemos por Júpiter y Saturno. Estas teorías afirman que se necesita un núcleo sólido al menos 10 veces más masivo que la Tierra para acumular una gran cantidad de gas antes de que el disco se disipe, porque sin él no se podría acumular y retener estas grandes envolturas de gas.

Entonces, ¿cómo se explica la existencia de WASP-107b? La profesora de la Universidad McGill, Eve Lee, experta de renombre mundial en planetas como WASP-107b, tiene una hipótesis: «Para WASP-107b, el escenario más plausible es que el planeta se formara lejos de la estrella, donde el gas en el disco está lo suficientemente frío como para que la acumulación de gas pueda ocurrir muy rápidamente -afirma-. Más tarde, el planeta pudo migrar a su posición actual, ya sea mediante interacciones con el disco o con otros planetas del sistema».

Un segundo planeta: WASP-107c

Las observaciones de esta investigación han propiciado, además, un descubrimiento adicional y que sería clave en la teoría de Lee: la existencia de un segundo planeta, WASP-107c, con una masa de aproximadamente un tercio del de Júpiter, considerablemente mayor que el de WASP-107b.

Este nuevo planeta está mucho más lejos de la estrella central: necesita tres años para completar una órbita a su alrededor, mientras que WASP-107b tarda 5,7 días. Además, los astrónomos han descubierto que tiene una órbita muy excéntrica, lo que significa que su trayectoria alrededor de su estrella es más ovalada que circular. «WASP-107c ha conservado en algunos aspectos la memoria de lo que sucedió en su sistema», afirma por su parte Piaulet. «Su gran excentricidad apunta a un pasado bastante caótico, con interacciones entre los planetas que podrían haber llevado a importantes desplazamientos, como el que se sospecha para WASP-107b».

Aún más incógnitas

Más allá de la historia de su formación, todavía hay muchos misterios que rodean a WASP-107b. Los estudios de la atmósfera del planeta con el telescopio espacial Hubble publicados en 2018 revelaron una sorpresa: contiene muy poco metano. «Eso es extraño, porque para este tipo de planeta, el metano debería ser abundante», señala Piaulet. «Ahora estamos volviendo a analizar las observaciones del Hubble con la nueva masa del planeta para ver cómo afectan esrtos nuevos resultados y para examinar qué mecanismos podrían explicar la destrucción del metano».

Además, también se sabe que debido a que su densidad es tan pequeña, no consigue retener su atmósfera, que le es «arrancada» lenta, pero inexorablemente, por las interacciones con su propia estrella madre. Los científicos han calculado que WASP-107b pierde entre un 0,1 y un 0,4% de su masa cada 1.000 millones de años, y que la mayor parte de esa masa perdida se proyecta hacia su lado nocturno, formando una enorme cola que es entre tres y cinco veces mayor que el planeta mismo, lo que han provocado su apodo de « supercometa».

«Los exoplanetas como WASP-107b que no tienen análogos en nuestro Sistema Solar nos permiten comprender mejor los mecanismos de formación de planetas en general y la variedad resultante de exoplanetas», continúa la investigadora, que augura que el próximo telescopio espacial James Webb podrá ayudar a resolver los enigmas que aún encierran estos planetas «algodón de azúcar».