La masa del núcleo del exoplaneta gigante WASP-107b es mucho menor de lo que se creía necesario para construir la inmensa envoltura de gas que rodea a planetas gigantes como Júpiter y Saturno, según han descubierto astrónomos de la Universidad de Montreal. Este intrigante descubrimiento de la estudiante de doctorado Caroline Piaulet, del Instituto de Investigación de Exoplanetas (iREx) de la UdeM, sugiere que los planetas gigantes gaseosos se forman con mucha más facilidad de lo que se creía.
Piaulet es parte del innovador equipo de investigación del profesor de astrofísica de la UdeM Björn Benneke, que en 2019 anunció la primera detección de agua en un exoplaneta ubicado en la zona habitable de su estrella. Publicado hoy en Astronomical Journal en colaboración con compañeros de Canadá, Estados Unidos, Alemania y Japón, el nuevo análisis de la estructura interna de WASP-107b «tiene grandes implicaciones«, según Benneke. «Este trabajo aborda los fundamentos mismos de cómo los planetas gigantes pueden formarse y crecer. Proporciona una prueba concreta de que se puede desencadenar una acumulación masiva de una envoltura de gas para núcleos que son mucho menos masivos de lo que se pensaba”.
Un planeta superligero tan grande como Júpiter pero 10 veces menos masivo
WASP-107b fue detectado 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 cerca que la Tierra del Sol. Tan grande como Júpiter pero 10 veces menos masivo, WASP-107b es uno de los exoplanetas menos densos conocidos: un tipo que los astrofísicos han llamado planetas «super-puff» o «algodón de azúcar».
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 mayor precisión. Utilizaron el método de velocidad radial, que permite a los científicos determinar la masa de un planeta observando el movimiento de oscilación de su estrella anfitriona debido a la atracción gravitacional del planeta. Concluyeron que la masa de WASP-107b es aproximadamente una décima parte de la de Júpiter, o aproximadamente 30 veces la de la Tierra.
Luego, el equipo hizo un análisis para determinar la estructura interna más probable del planeta. Llegaron a una conclusión sorprendente: con una densidad tan baja, el planeta debe tener un núcleo sólido de no más de cuatro veces la masa de la Tierra. Esto significa que más del 85% de su masa está incluida en la gruesa capa de gas que rodea este núcleo. En comparación, Neptuno, que tiene una masa similar a WASP-107b, sólo tiene del 5 al 15% de su masa total en su capa de gas.
«Teníamos muchas preguntas sobre WASP-107b«, comenta Piaulet. “¿Cómo pudo formarse un planeta de tan baja densidad? ¿Y cómo evitó que el escape de su enorme capa de gas, especialmente dada la proximidad del planeta a su estrella? Esto nos motivó a hacer un análisis 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 llamada disco protoplanetario. Los modelos clásicos de formación de planetas gigantes gaseosos se basan en Júpiter y Saturno. En estos, 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. Sin un núcleo masivo, no se pensaba que los planetas gigantes de gas pudieran cruzar el umbral crítico necesario para acumular y retener sus grandes envolturas de gas.
Entonces, ¿cómo se explica la existencia del planeta superligero WASP-107b, que tiene un núcleo mucho menos masivo? La profesora de la Universidad McGill y miembro de iREx, Eve Lee, una experta de renombre mundial en planetas superpoderosos como WASP-107b, tiene varias hipótesis.
«Para WASP-107b, el escenario más plausible es que el planeta se formó lejos de la estrella, donde el gas en el disco es lo suficientemente frío como para que la acumulación de gas pueda ocurrir muy rápidamente«, comenta Lee. «Más tarde, el planeta pudo migrar a su posición actual, ya sea mediante interacciones con el disco o con otros planetas del sistema«.
Descubrimiento de un segundo planeta, WASP-107c
Las observaciones de Keck del sistema WASP-107 cubren un período de tiempo mucho más largo que los estudios anteriores, lo que permite al equipo de investigación dirigido por la UdeM hacer un descubrimiento adicional: la existencia de un segundo planeta, WASP-107c, con una masa de aproximadamente un tercio del de Júpiter, considerablemente más que la de WASP-107b.
WASP-107c también está mucho más lejos de la estrella central; se necesitan tres años para completar una órbita a su alrededor, en comparación con los 5,7 días que necesita WASP-107b. También es interesante: la excentricidad de este segundo planeta es alta, 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 Piaulet. «Su gran excentricidad apunta a un pasado bastante caótico, con interacciones entre los planetas que podrían haber llevado a desplazamientos significativos, como el que se sospecha para WASP-107b«.
Un planeta superligero gaseoso con muy poco metano
Más allá de su historia de 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”, asegura Piaulet. «Ahora estamos volviendo a analizar las observaciones de Hubble con la nueva masa del planeta para ver cómo afectará los resultados y para examinar qué mecanismos podrían explicar la destrucción del metano«.
La joven investigadora planea seguir estudiando WASP-107b, con suerte con el lanzamiento del telescopio espacial James Webb en 2021, que proporcionará una idea mucho más precisa de la composición de la atmósfera del planeta.
«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«, concluye. «Nos motiva a estudiarlos con gran detalle. La densidad de WASP-107b es aún menor: un estudio de caso para la física de la acreción de la envoltura de gas y la migración orbital«.
Fuente: Astronomical Journal.
