LHS 1903e – un auténtico mundo al revés

Historia del espacio

Regresar

Visualización artística del sistema planetario LHS 1903. Fuente: Wikipedia.

LHS 1903, a primera vista una estrella completamente común, ha provocado recientemente una auténtica tormenta entre los astrónomos. En su entorno acaban de descubrir un cuarto planeta que, a diferencia de los otros tres, desafía las teorías establecidas sobre la formación y evolución de los sistemas planetarios. Veamos entonces, para qué tanto alboroto.

LHS 1903e pertenece a la categoría de las supertierras: cuerpos similares a la Tierra que son compuestos principalmente por roca, pero con tamaños mayores. El segundo y tercer planeta, LHS 1903c y LHS 1903d, poseen densas envolturas gaseosas. Se asemejan a los gigantes de nuestro Sistema Solar, aunque al ser más pequeños, se clasifican como subneptunos. LHS 1903b, el planeta más cercano a la estrella, es nuevamente una supertierra. El primer punto que desconcierta a los astrónomos es la existencia de una supertierra a una distancia mayor a la de los subneptunos.

Para entender el problema, debemos repasar brevemente lo qué dicen las teorías modernas sobre la formación de sistemas planetarios. La historia comienza en el interior de enormes nubes interestelares. Partes de estas nubes pueden colapsar sobre sí mismas, dando origen a protoestrellas.

Estos cuerpos están rodeados de gas y polvo que se concentran en el llamado disco protoplanetario. El polvo, que contiene elementos pesados como carbono y hierro, es fundamental para la formación de planetas. Los granos de polvo, inicialmente más pequeños que el grosor de un cabello humano, chocan constantemente entre sí. Con el tiempo se adhieren formando pequeños guijarros y luego rocas cada vez más grandes. Cuando superan aproximadamente un kilómetro de tamaño se denominan planetesimales, y los cuerpos con diámetros de entre 100 y 1000 kilómetros se llaman protoplanetas. De ellos surgen los planetas, cuyo crecimiento se detiene cuando eliminan por completo los cuerpos menores de su entorno. La apariencia final de los planetas está en gran medida determinada por la estrella alrededor de la cual orbitan.

Visualización artística de un disco protoplanetario LHS 1903. Fuente: ESA.

En la cercanía de la protoestrella, el gas del disco protoplanetario es extremadamente caliente, sin embargo su temperatura disminuye rápidamente con la distancia. La gravedad de los planetas cercanos a la estrella es demasiado débil para retener grandes cantidades de gas, que con el tiempo cae hacia la estrella o es expulsado por su radiación y su viento estelar.

Existe, sin embargo, una distancia crítica llamada línea de congelamiento, donde ciertos compuestos como el agua, el metano y el amoníaco pasan del estado gaseoso al sólido formando pequeños granos de hielo. Estos contribuyen significativamente al rápido crecimiento de los protoplanetas. Una mayor masa y temperaturas más bajas del gas a estas distancias permiten que estos protoplanetas acumulen densas envolturas gaseosas.

La línea de congelamiento depende del tipo de estrella y cambia con el tiempo. Durante la formación de los planetesimales en el Sistema Solar, se encontraba aproximadamente a 2.7 unidades astronómicas del Sol, es decir, dentro del actual cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter. Los astrónomos llegaron a esta conclusión al observar que los asteroides más alejados son ricos en hielo, mientras que los cercanos al Sol prácticamente carecen de él.

Las teorías de formación planetaria predicen, por tanto, que cerca de las estrellas encontraremos planetas rocosos, y a mayores distancias, gigantes gaseosos. El ejemplo más evidente es nuestro Sistema Solar: los cuatro primeros planetas —Mercurio, Venus, Tierra y Marte— son mundos compuestos de roca, mientras que Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno son predominantemente gaseosos.

La imagen muestra el Sol y los planetas y las lunas del Sistema Solar. Se han conservado los tamaños relativos de los cuerpos, pero no las distancias. Fuente: Wikipedia.

En el pasado, los astrónomos han encontrado mundos extrasolares que aparentemente no encajan con estas teorías. Un ejemplo son los llamados “Júpiteres calientes”, planetas similares en composición a Júpiter pero con periodos orbitales muy cortos, típicamente menores a diez días, lo que significa que se encuentran muy cerca de sus estrellas. Su existencia se explica mediante la migración planetaria: habrían nacido más allá de la línea de congelamiento y posteriormente sus órbitas se redujeron.

Los datos obtenidos por el Telescopio Espacial Kepler entre 2009 y 2018 llevaron a otro descubrimiento interesante. Al analizar los tamaños de los planetas extrasolares, los científicos observaron una casi completa ausencia de cuerpos con radios de entre 1.5 y 2 veces el de la Tierra. A esto se le llama la brecha de Fulton o desierto subneptuniano y representa un umbral que divide los planetas extrasolares en pequeños mundos rocosos y cuerpos gaseosos. Las teorías predicen la existencia de esta brecha para estrellas similares al Sol, pero no coinciden respecto a sus características, o incluso su existencia, en el caso de enanas rojas como LHS 1903.

Algunas simulaciones matemáticas para el sistema LHS 1903 predicen una brecha de Fulton entre 1.65 y 1.83 radios terrestres. Sin embargo, los radios estimados de los planetas b, c, d y e son 1.4, 2, 2.5 y 1.7 radios terrestres, respectivamente. El tamaño del planeta recién descubierto coincide precisamente con la brecha prevista. Este es entonces el segundo hecho que ha conmocionado a los astrónomos. ¿Entonces, qué fue lo que ocurrió en este enigmático sistema planetario?

Los científicos han propuesto varias explicaciones. Según una, LHS 1903e se formó cerca de su estrella y luego migró a una órbita más distante. Otra posibilidad es que se haya formado más tarde que los otros tres planetas, cuando el disco protoplanetario ya había perdido la mayor parte de su gas.

La brecha de Fulton. Fuente: Wikipedia/NASA.

Una tercera hipótesis propone que los planetas no se forman simultáneamente, sino en secuencia. Durante la fase en la que en el disco existen pequeños guijarros, estos se acumulan en el borde interior del disco, cerca de la estrella. Allí se forma el primer planeta que, al crecer lo suficiente, limpia su entorno del resto de material. Entonces el borde interior del disco se desplaza ligeramente hacia afuera y el proceso se repite. Entre la formación de dos planetas consecutivos podrían pasar alrededor de un millón de años. Los datos indican que los discos protoplanetarios alrededor de enanas rojas pueden existir durante unos cinco millones de años, tiempo suficiente para formar cuatro o cinco planetas. Sin embargo, la cantidad de gas disponible disminuye rápidamente con el tiempo, de modo que cuando se habría formado LHS 1903e prácticamente ya no quedaba de este material. Por ello el planeta no pudo acumular una atmósfera densa y quedó “desnudo”.

Según este nuevo modelo, cerca de las enanas rojas se desarrollan supertierras rocosas cuya masa no es suficiente para retener gas caliente. A distancias algo mayores se forman subneptunos gaseosos con densas atmósferas. Pero para cuando surgen los planetas aún más alejados, el gas del disco ya se ha agotado, impidiendo la formación de atmósferas gruesas y dejando nuevamente mundos rocosos. La existencia de LHS 1903e constituye la primera evidencia sólida de que, en algunos casos, los planetas pueden formarse de manera secuencial, de adentro hacia afuera, y no todos al mismo tiempo, como se pensaba hasta ahora. Por supuesto, como siempre, serán necesarias más investigaciones para confirmar o refutar definitivamente esta hipótesis.

Lecturas complementarias para los más curiosos

Blog de WordPress.com.

Subir ↑