Los tamaños que pueden alcanzar los planetas gigantes podrían ser mucho más importantes de lo que se estimaba.
El sistema HR 8799, situado a aproximadamente 133 años luz de la Tierra, alberga cuatro gigantes gaseosas cuyas masas se extienden de cinco a diez veces la de Júpiter. Estos objetos se encuentran en la frontera difusa entre los planetas y las enanas marrones, estas últimas a menudo llamadas 'estrellas fallidas'. Para analizar estos mundos, los investigadores utilizaron el telescopio espacial James Webb.
Ejemplo de enana marrón (SIMP-0136).
Crédito: Evert Nasedkin/Trinity College Dublin
Durante años, los científicos han debatido la formación de estas gigantes. El mecanismo principal, llamado acreción de núcleo, implica que materiales sólidos se aglomeren primero en un núcleo denso, luego atraigan gas. Sin embargo, a grandes distancias orbitales donde la materia es escasa, se admite globalmente que este proceso debería ser demasiado lento para producir planetas tan masivos.
Gracias a las observaciones infrarrojas del JWST, se ha podido estudiar la composición química de las atmósferas. El equipo se interesó no en los gases comunes, sino en las moléculas que contienen azufre, como el sulfuro de hidrógeno. La presencia de este elemento en la atmósfera de HR 8799 c muestra fuertemente que el planeta se formó por acreción de núcleo, ya que el azufre proviene generalmente de granos sólidos en los discos protoplanetarios.
Este descubrimiento demuestra que la acreción de núcleo puede operar incluso para planetas extremadamente masivos y distantes, cuestionando así la distinción tradicional entre las gigantes gaseosas y las enanas marrones. Otra pista apoya esta idea: los planetas de HR 8799 presentan también un enriquecimiento en elementos pesados, como el carbono y el oxígeno, en comparación con su estrella, lo que corrobora este tipo de formación.
Para Jean-Baptiste Ruffio, autor principal del estudio, la detección del azufre hace pensar que estos planetas se formaron de manera similar a Júpiter, a pesar de su masa muy superior. Estos resultados, publicados en
Nature Astronomy, podrían conducir a revisar los modelos de formación planetaria y a redefinir los límites de lo que se considera un planeta.
Los tres planetas internos orbitando alrededor de la estrella HR 8799, capturados por el JWST en 2023. El análisis espectral detectó sulfuro de hidrógeno en la atmósfera de HR 8799 c, indicando que el planeta masivo se formó por acreción de núcleo.
Crédito: Jean-Baptiste Ruffio, Jerry Xuan y otros. Las Enanas Marrones y la Fusión del Deuterio
Las enanas marrones son objetos subestelares cuya masa es demasiado baja para mantener la fusión del hidrógeno, el proceso que alimenta estrellas como el Sol. No obstante, pueden fusionar deuterio, un isótopo del hidrógeno, lo que las distingue de los planetas gigantes. Esta fusión ocurre a masas comprendidas entre aproximadamente 13 y 80 veces la de Júpiter.
A diferencia de los planetas, las enanas marrones se forman a menudo por colapso directo de una nube de gas, un proceso similar al nacimiento de las estrellas. Esto les confiere propiedades intermedias, con un calor interno proveniente de la contracción gravitacional y de la fusión limitada del deuterio, y una temperatura y luminosidad muy inferiores a las de las estrellas.
La frontera entre las enanas marrones y los planetas gigantes masivos es difusa, ya que algunos planetas pueden alcanzar masas comparables. Las observaciones químicas, como las del JWST, ayudan a diferenciarlos revelando las firmas de su formación. Por ejemplo, el enriquecimiento en elementos pesados puede indicar un origen de formación por acreción.
Fuente: Nature Astronomy