Gracias a la misión Kepler y otros esfuerzos para encontrar exoplanetas, hemos aprendido mucho sobre la población de exoplanetas. Sabemos que es probable que encontremos súper-Tierras y exoplanetas de masa de Neptuno en órbita alrededor de estrellas de baja masa, mientras que planetas más grandes se encuentran alrededor de estrellas más masivas. Esto se alinea bien con la teoría de la acumulación planetaria de la formación planetaria.
Pero no todas nuestras observaciones cumplen con esa teoría. El descubrimiento de un planeta similar a Júpiter orbitando una pequeña enana roja significa que nuestra comprensión de la formación planetaria podría no ser tan clara como pensábamos. Una segunda teoría de la formación planetaria, llamada teoría de la inestabilidad del disco, podría explicar este sorprendente descubrimiento.
La estrella enana roja se llama GJ 3512 y está a unos 31 años luz de nosotros en la Osa Mayor. GJ 3512 es 0.12 veces la masa de nuestro Sol, y el planeta, GJ 3512b, es 0.46 veces la masa de Júpiter, como mínimo. Eso significa que la estrella es solo unas 250 veces más masiva que el planeta. No solo eso, sino que solo se trata de 0.3 UA de la estrella.
Compare eso con nuestro Sistema Solar, donde el Sol es más de 1000 veces más masivo que el planeta más grande, Júpiter. Esos números no cuadran cuando se trata de la teoría de la acumulación de núcleos.
La teoría de acreción central es la teoría más ampliamente aceptada para la formación planetaria. La acumulación del núcleo ocurre cuando pequeñas partículas sólidas colisionan y se coagulan para formar cuerpos más grandes. Durante largos períodos de tiempo, eso construye planetas. Sin embargo, hay un límite de cómo funciona.
Una vez que se forma un núcleo sólido de aproximadamente 10-20 veces el tamaño de la Tierra, es lo suficientemente masivo como para acumular gas, que forma una envoltura o atmósfera alrededor del núcleo sólido. Una clave es que la acumulación de núcleos funciona de manera diferente dependiendo de la distancia desde la estrella.
En un sistema solar interno, la estrella ha ocupado gran parte del material disponible y se forman planetas más pequeños, como la Tierra. La Tierra también tiene una atmósfera relativamente pequeña. En un sistema solar exterior, más allá de lo que se llama la línea de escarcha, hay mucho más material de los planetas para formar, aunque el material es menos denso. Así es como terminamos con gigantes gaseosos con atmósferas voluminosas en el Sistema Solar exterior.
Pero en el caso de GJ 3512, los investigadores encontraron algunas contradicciones con la explicación de acreción central. En primer lugar, la razón por la cual las estrellas son de baja masa es porque todo el disco del que se forman tiene menos material. Las estrellas como GJ 3512 simplemente se quedaron sin material antes de que pudieran hacerse muy grandes. Del mismo modo, queda menos material en el disco protoplanetario para formar grandes planetas.
En su artículo, dicen que "La formación de un gigante gaseoso <GJ 3512b> de esta manera requiere la construcción de un gran núcleo planetario de al menos 5 masas terrestres". Dicen que eso no puede suceder alrededor de una estrella de tan baja masa.
Este nuevo sistema estelar parece descartar la teoría de la acumulación central como explicación. El planeta es demasiado masivo en comparación con la estrella. Pero hay otra teoría llamada teoría de la inestabilidad del disco.
Cuando una estrella joven nace en la fusión, está rodeada por un disco protoplanetario giratorio de material que queda de la formación de la estrella. Los planetas se forman a partir de ese material. La teoría de la inestabilidad del disco dice que el disco giratorio del material puede enfriarse rápidamente. Ese enfriamiento rápido puede hacer que el material se coagule en trozos del tamaño de un planeta, que pueden colapsar bajo su propia gravedad para formar gigantes gaseosos, omitiendo el proceso de acumulación de núcleos.
Si bien la acumulación del núcleo llevaría mucho tiempo, la inestabilidad del disco podría crear planetas grandes en un tiempo mucho más corto. Eso podría explicar encontrar planetas grandes tan cerca de estrellas pequeñas, como en el caso de GJ 3512.
Los científicos detrás de este trabajo también encontraron otras rarezas en este sistema. Dicen que puede haber un tercer planeta en el sistema, también un gigante gaseoso, que influyó en GJ 3512b, causando su órbita alargada. La presencia de ese planeta se infiere a través de la órbita inusual de GJ 3512b, y no se observó. El equipo detrás del estudio dice que el segundo planeta probablemente fue expulsado del sistema y ahora es un planeta rebelde.
Tomará más estudio, con instrumentos más potentes, para comprender mejor este sistema. Según los autores, es una gran oportunidad para ajustar nuestras teorías de formación planetaria. Como dicen en la conclusión del artículo, "GJ 3512 es un sistema muy prometedor porque puede estar completamente caracterizado y, por lo tanto, continuar imponiendo restricciones estrictas a los procesos de acreción y migración, así como a la eficiencia de la formación de planetas en los discos protoplanetarios y el disco relaciones de masa a estrella.
Un equipo internacional de investigadores en el consorcio CARMENES (Calar Alto de alta resolución de búsqueda de enanos M con Exoearths con infrarrojo cercano y espectrógrafos ópticos de Echelle) hizo este trabajo. Ese consorcio busca enanas rojas, el tipo de estrella más común en la galaxia, con la esperanza de encontrar planetas de baja masa en sus zonas habitables. CARMENES no solo genera un conjunto de datos para comprender las estrellas enanas rojas, sino que al encontrar planetas del tamaño de la Tierra, proporcionará un amplio conjunto de objetivos de seguimiento para futuros estudios.
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