La Universidad de Oviedo colabora en esta investigación del consorcio CÁRMENES, liderada por el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC) en el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE, CSIC)  El sistema planetario anómalo que se ha descubierto se halla alrededor de la enana roja GJ 3512, que tiene solo una décima parte de la masa del Sol y se encuentra ubicada a unos 30 años luz de la Tierra 

Oviedo/Uviéu, 26 de septiembre de 2019. Astrónomos y astrónomas del consorcio CARMENES, liderados por el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC) en el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE, CSIC), con la colaboración de la Universidad de Oviedo, han descubierto un planeta gigante gaseoso–es posible que incluso dos– orbitando alrededor de la cercana estrella enana roja GJ 3512.El autor principal de esta investigación, que acaba de ver la luz en la revista Science, ha sido Juan Carlos Morales, del (IEEC), mientras que por parte de la institución académica asturiana ha participado en el hallazgo Enrique Díez Alonso,del Instituto Universitario de Ciencias y Tecnologías Espaciales de Asturias (ICTEA).

Encontrar un planeta gigante gaseoso en una estrella enana ha resultado novedoso, hasta el punto de provocar un cambio en las ideas que se tenían hasta el momento sobre cómo se produce la formación planetaria. Y es que hasta el momento se sabía que los planetas que abundan en ese tipo de estrellas, más pequeñas que el Sol, son planetas de un tamaño similar a la Tierra, o como máximo del tamaño de Neptuno, aproximadamente. Es decir, planetas relativamente pequeños.

Hasta la fecha se pensaba en un único mecanismo de formación: primero se forma un núcleo rocoso, como la Tierra o una supertierra, sólido, rocoso, y en torno a ello se va acretando gas y se acaba dando lugar a un gigante gaseoso, del tipo de Júpiter o Saturno. Ese mecanismo funciona bien en estrellas como el Sol, más masivas, en las que cuando se forma la estrella hay mucho material alrededor, hay un disco portoplanetario que es muy abundante en gas y en polvo. Sin embargo, en una estrella enana roja, como la estrella de esta investigación, que tiene la décima parte de la masa del Sol, los discos que quedan alrededor son muy pobres, y dicho mecanismo va a resultar muy poco eficiente, por lo que no se pueden formar así.

De ahí que se empiece a pensar en otros mecanismos. Por ejemplo, que esas estrellas sí que tengan un disco, aunque no tan masivo, y que una parte del disco pueda llegar a colapsar debido a las inestabilidades, dando lugar a la formación de un planeta de forma repentina, sin necesidad de que primero se forme algo pequeño, rocoso, y se vaya acretando gas. De no ser así, no se explicaría que un planeta como el que acaba de localizarse esté en una estrella no mucho mayor que él, con una diferencia de masa muy pequeña en comparación con la que hay, por ejemplo, entre el Sol y Júpiter.

En cuanto al papel de la Universidad de Oviedo en esta investigación, y en concreto del ICTEA de la institución académica, Enrique Díez Alonso señala que consistió en “la búsqueda de la fotometría de la estrella”. “La importancia de esto radica en que, para saber que se trata de un planeta, es necesario descartar que la señal no la esté produciendo la rotación de la estrella, y para ello hay que conocer el periodo de rotación de dicha estrella mediante fotometría, obteniendo datos de fotometría en búsquedas ya preexistentes e intentando obtener de ahí el periodo de rotación de la estrella”, explica. El sistema planetario anómalo que se ha descubierto se encuentra ubicado a unos 30 años luz de la Tierra Datos del artículo “A giant exoplanet orbiting a very-low-mass star challenges planet formation models”, Science, 26 de septiembre 2019.

Un exoplaneta gigante alrededor de una estrella enana desafía los modelos de formación de los sistemas planetarios

El hallazgo cuestiona el modelo que explica la formación de los planetas gigantes a partir de la acumulación de gas en torno a un núcleo rocoso

Un equipo internacional de investigadores ha detectado un exoplaneta gigante en torno a una estrella enana roja, e indicios de otro, en un hallazgo que pone en cuestión los modelos sobre la formación de sistemas planetarios. Hasta ahora se creía que los planetas gigantes gaseosos se forman a partir de un núcleo sólido que va acumulando gas, pero el nuevo hallazgo sugiere que estos planetas se forman tras la ruptura en fragmentos del disco protoplanetario que rodea a la estrella. El descubrimiento ha sido liderado por científicos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y del Institut de Ciències Espacials de Catalunya (IEEC) y se publica en la revista Science.

“Este descubrimiento fue sorprendente. Los modelos de formación planetaria nos indican que las estrellas pequeñas típicamente albergan planetas pequeños, con masas como las de la Tierra o Neptuno. Ahora hemos descubierto un planeta similar a Júpiter orbitando una estrella muy pequeña, que tan solo tiene poco más de un 10% de la masa del Sol”, explica Juan Carlos Morales, científico del Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC) y del IEEC, que ha liderado el estudio. El descubrimiento se ha realizado con el instrumento Carmenes, que opera desde el Observatorio de Calar Alto (Almería) y que colidera el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC).

El exoplaneta gigante ahora detectado orbita en torno a la estrella enana roja GJ 3512, que es casi idéntica a la estrella Próxima Centauri y similar a la Estrella de Teegarden y Trappist-1. Estas tres albergan planetas similares a la Tierra, en órbitas templadas y compactas. Pero ninguna de dichas estrellas cuenta con planetas gigantes gaseosos, como sí sucede con la enana roja GJ 3512, que forma así un sistema planetario anómalo: una estrella pequeña con un planeta gigante.

“Estimamos que la estrella central de este sistema es solo un 40% mñas grande que el planeta. En comparación, el Sol es unas 10 veces más grande que Júpiter”, añade Morales.

La teoría establecida (conocida como modelo de acumulación de núcleos) sostiene que planetas gaseosos gigantes como Júpiter y Saturno, u otros similares en sistemas diferentes, se forman a partir de núcleos rocosos de unas pocas masas terrestres dentro del disco protoplanetario que rodea a la estrella. Cuando alcanzan una masa crítica, estos núcleos comienzan a acumular grandes cantidades de gas hasta que alcanzan la masa de los planetas gigantes.

Sin embargo, este modelo no sirve para GJ3512. Las estrellas enanas muestran discos de baja masa, de modo que la cantidad de material disponible en el disco para formar planetas también se reduce significativamente. La presencia de un gigante gaseoso alrededor de una estrella de baja masa indica que el disco original era anormalmente masivo, o que el modelo dominante no se aplica en este caso, según explican los investigadores.

Un modelo alternativo

Para hallar una explicación a este anómalo sistema, el consorcio Carmenes ha trabajado en estrecha colaboración con grupos de centros como Instituto Max Planck de Astronomía (Alemania), la Universidad de Berna (Suiza) y el Observatorio de Lund (Suecia), líderes mundiales en el estudio de formación de planetas.  “Pero tras múltiples simulaciones y largas discusiones, concluimos que nuestros modelos más actualizados nunca podrían explicar la formación de un solo planeta gigante, y mucho menos de dos», explica Alexander Mustill, investigador del Observatorio de Lund.

Así, se retomó otro posible escenario, el modelo de inestabilidad gravitacional de disco, que defiende que los gigantes gaseosos pueden formarse directamente a partir de la acumulación de gas y polvo en el disco protoplanetario en lugar de requerir un núcleo "semilla". “Únicamente podemos explicar este sistema planetario si recurrimos a un modelo de formación en que el planeta se forma rápidamente al colapsar una zona densa e inestable del disco protoplanetario”, añade Morales. Un modelo que, hasta ahora, solo era compatible con un grupo reducido de planetas jóvenes, calientes y muy masivos situados a grandes distancias de su estrella anfitriona.

El hallazgo en torno a GJ3512 constituye el primer candidato de fragmentación de disco alrededor de una estrella de baja masa, y también el primero en ser descubierto por mediciones de velocidad radial. “Este descubrimiento prueba que el modelo de fragmentación planetaria por inestabilidad gravitacional puede ser más eficiente de lo que se pensaba”, concluye Morales.

Un instrumento de precisión en el infrarrojo

“Con este descubrimiento, Carmenes logra la primera detección de un exoplaneta utilizando un instrumento de precisión en el infrarrojo de nueva generación. Vemos así que el brazo infrarrojo de Carmenes, desarrollado en IAA-CSIC, ha cumplido sus exigentes requerimientos y muestra un nivel de eficacia muy alto”, apunta Pedro J. Amado (IAA-CSIC), co-investigador principal de Carmenes y participante en el hallazgo.

Carmenes emplea la técnica de velocidad radial, que busca diminutas oscilaciones en el movimiento de las estrellas generadas por la atracción de los planetas que giran a su alrededor. Y lo hace en torno a estrellas enanas rojas, más pequeñas que el Sol, que ofrecen las condiciones para la existencia de agua líquida en órbitas cercanas y en las que, a diferencia de las de tipo solar, pueden detectarse las oscilaciones producidas por planetas similares al nuestro con la tecnología actual.

El consorcio Carmenes continúa observando la estrella para confirmar la existencia de un segundo objeto, posiblemente un planeta similar a Neptuno, con un período orbital más largo. Además, los científicos no han descartado la presencia de planetas terrestres en órbitas templadas alrededor de GJ 3512. Más datos dirán si se trata finalmente de un sistema equivalente a nuestro sistema solar a pequeña escala.

Mercè Fernández / Silbia López de Lacalle / Abel Grau (CSIC Comunicación)

Recreación artística del exoplaneta gigante que orbita la estrella enana GJ 3512. / ICE Material de descarga Imagen (jpeg) Nota de prensa (pdf)

imagen: Pedro Amado/Marco Azzaro - IAA/CSIC. Licencia de distribución: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).