El exoplaneta del tamaño de Neptuno es demasiado grande en relación con su estrella anfitriona

Se gana un poco y se pierde un poco. A principios de esta semana, las observaciones realizadas por el Telescopio Espacial Webb proporcionaron nuevos datos que respaldan lo que creíamos entender sobre la formación del planeta. El jueves llegó la noticia de que los astrónomos habían descubierto un gran planeta orbitando cerca de una estrella joven, una estrella tan pequeña que no tiene suficiente material a su alrededor para formar un planeta de ese tamaño.

Esto no significa que el planeta sea «imposible». Pero esto significa que es posible que no entendamos completamente algunos aspectos de la formación de planetas.

Gran desajuste

LHS 3154 es, según todos los estándares razonables, una estrella pequeña y débil. Las imágenes tomadas por el equipo detrás del nuevo trabajo indican que la masa de la enana roja es sólo el 11% de la masa del Sol. Las estimaciones de temperatura rondan los 2.850 K, muy por debajo de la temperatura del Sol de 5.800 K y apenas lo suficientemente caliente como para mantenerlo fuera de la categoría de enanas ultrafrías. (Sí, los enanos súper geniales son algo suficiente para merecer Su entrada de Wikipedia.)

Hemos encontrado muchos planetas alrededor de enanas rojas como ésta. Pero en su mayor parte era pequeño y rocoso. Es probable que esto se deba a que las estrellas jóvenes simplemente se formaron dentro de discos sin mucho material. Por eso fue un poco sorprendente cuando los datos indicaron la existencia de un planeta muy grande alrededor de LHS 3154. Fue descubierto utilizando un telescopio en el Observatorio McDonald en Texas.

Los investigadores utilizaron mediciones de velocidad radial para determinar la masa del planeta. Este método detecta cambios Doppler en la luz de las estrellas causados ​​por la gravedad del planeta que acerca o aleja la estrella de la Tierra, dependiendo de hacia dónde la lleva la órbita del planeta. Este método sólo puede calcular la masa mínima del planeta. Esto se debe a que la órbita del planeta estaría inclinada con respecto a la Tierra, por lo que parte de la gravedad del planeta estaría fuera del eje.

Estas estimaciones sitúan al planeta recién descubierto, LHS 3154b, al menos 13 veces la masa de la Tierra, lo que lo hace ligeramente más pequeño que Neptuno. (Nuevamente, esto es una subestimación, por lo que podría ser más grande). Los planetas de este tamaño rara vez se encuentran alrededor de estrellas tan pequeñas. Cuando lo están, tienden a estar mucho más lejos de sus estrellas que LHS 3154b, que sólo requiere 3,7 días para completar su órbita. Así que LHS 3154b es lo suficientemente inusual como para requerir una explicación.

Ve a lo grande

En los casos en que existen planetas grandes alrededor de estrellas pequeñas, parecen formarse a través de la fragmentación del disco en las primeras etapas del proceso de formación estelar; este es el mismo proceso que forma estrellas binarias, pero con una menor cantidad de masa que produce un planeta. Los investigadores descubrieron que LHS 3154b es mucho más grande que los planetas formados en las simulaciones de este proceso y mucho más cerca de su estrella anfitriona.

Por lo tanto, los investigadores investigaron si otros patrones de formación de planetas podrían producir algo como LHS 3154b. Obtuvieron estimaciones de la cantidad de material en los discos de formación de planetas alrededor de estrellas con una masa similar a la de LHS 3154. Luego utilizaron esto para simular la formación de planetas, ya sea mediante la acumulación de pequeño material rocoso o mediante colisiones entre planetesimales. Por lo general, estos no lograron producir planetas suficientemente grandes.

Para formar consistentemente algo tan grande como LHS 3154b, los investigadores tuvieron que alterar las condiciones iniciales para que hubiera 10 veces la cantidad de material en el disco en formación del planeta.

Esto es una indicación de que nuestros modelos actuales de mecanismos de formación de planetas no pueden explicar al menos una de nuestras observaciones. LHS 3154b podría ser bastante excepcional y, de ser así, no deberíamos esperar ver nada parecido ni en nuestros modelos ni en observaciones adicionales. Si se combinaran las incertidumbres de los modelos y las incertidumbres de las mediciones del disco, se podría permitir la existencia de algo como este planeta.

Pero los investigadores también tuvieron en cuenta la idea de que LHS 3154b podría decirnos algo sobre nuestros modelos. Una opción que podría explicar las cosas es que la mayor parte del material de los discos de formación planetaria se encuentra en forma de guijarros de escala centimétrica, que serían imposibles de detectar en las longitudes de onda que utilizamos para estudiar estos discos.

La otra razón es que existe un desfase temporal entre el momento en que tendemos a obtener buenas imágenes de los discos de formación de planetas y el momento en que realmente ocurre la formación de planetas. Se espera que la cantidad de material en el disco en formación del planeta disminuya con el tiempo, a medida que la estrella recién formada se calienta y expulsa material. Si el núcleo rocoso de LHS 3154b se formara lo suficientemente temprano, podría continuar capturando material incluso después de que el disco haya comenzado a adelgazarse hasta los tipos de densidades de material utilizadas en estas simulaciones.

La forma más sencilla de ver cuál de estas posibilidades ayudará a explicar LHS 3154b es realizar más observaciones de enanas rojas. Estos deberían decirnos si hay otros planetas similares y quizás ayudar a explicar cuánto material hay en los discos de formación de planetas.

Ciencia, 2023. DOI: 10.1126/ciencia.abo0233 (Acerca de las identificaciones digitales).