En octubre de 1995, Michel mayor y Didier Queloz descubrieron el primer exoplaneta alrededor de una estrella similar al Sol, inaugurando así una de las ramas más activas y pujantes de la astronomía. Designado como 51 Pegasi b, su nombre oficial es Dimidio. Se … trata de un enorme gigante gaseoso, del tipo de Júpìter, y hoy encabeza la lista de los llamados ‘Júpiter calientes’.
Para ser justos, tres años antes, en 1992, los astrónomos Aleksander Wolszczan y Dale Frail ya habían encontrado dos mundos extrasolares, ‘Poltergeist’ y ‘Phobetor’, ambos orbitando un púlsar llamado Lich, a 2.300 años luz de la Tierra. Pero este hallazgo suele omitirse porque un púlsar no es precisamente el mejor lugar para un planeta. Es el cadáver de una estrella que gira rápidamente y emite una fuerte radiación, creando a su alrededor unas condiciones extremas que hacen que los mundos que los orbitan estén muy lejos de ser del tipo que buscamos.
Sea como fuere, desde la década de los 90 los exoplanetas confirmados son ya más de 6.000, una cifra más que suficiente para establecer categorías y hacer estadísticas. Por ejemplo, ahora sabemos que los mundos más comunes de la galaxia pertenecen a las categorías de ‘super-Tierras’ y ‘sub neptunos’, es decir, más grandes que la Tierra pero más pequeños que Neptuno.
La mayoría de las estrellas, de hecho, tienen a su alrededor algún planeta así, pero nuestro Sol, no. Lo cual supone una continua fuente de frustración para los científicos planetarios, que no tienen fácil estudiar ‘de cerca’ el tipo más común de exoplanetas y averiguar el modo en que se formaron.
Ahora, sin embargo, acabamos de saber la respuesta. La acaba de publicar en ‘Nature’ un equipo internacional de astrofísicos dirigido por la Universidad de California en Los Angeles, y lo ha hecho observando cuatro planetas ‘bebés’ en el sistema V1298 Tau, cuatro mundos que están en vías, precisamente, de convertirse en super-Tierras y sub-Neptunos.
«Me viene a la mente el famoso fósil de ‘Lucy’ -asegura Erik Petigura, segundo autor del artículo-, uno de nuestros antepasados homínidos que vivió hace 3 millones de años y que fue uno de los ‘eslabones perdidos’ entre simios y humanos. V1298 Tau es, también, un eslabón crítico entre las nebulosas formadoras de estrellas y planetas que vemos por todo el cielo, y los sistemas planetarios maduros que ya hemos descubierto por miles».
Así nace un planeta
Los planetas se forman cuando una nube de gas y polvo, una nebulosa, se contrae bajo la fuerza de su propia gravedad y da lugar a una nueva estrella y a un disco giratorio de materia a su alrededor, el llamado disco protoplanetario. Los planetas se forman ahí, en el interior de ese disco de polvo y gas, y suelen hacerlo en un proceso caótico.
Hay muchas formas en que un planeta puede crecer durante su infancia (un periodo de unos pocos cientos de millones de años). Y eso llevó a los astrónomos a preguntarse por qué, en medio de tal caos, tantos planetas acababan teniendo, precisamente un tamaño entre el de la Tierra y el de Neptuno.
Los cuatro mundos observados hacen justo lo contrario que otros planetas ‘bebés’: En lugar de crecer, se están contrayendo rápidamente, haciéndose cada vez más pequeños
La estrella V1298 Tau es ideal para resolver la cuestión. Con sus apenas 20 millones de años, no es más que una recién nacida en comparación con nuestro Sol, que tiene más de 4.500 millones de años. Expresado en términos humanos, equivale a un bebé de 5 meses.
Planetas menguantes
Alrededor de esta estrella hay cuatro planetas gigantes y en rápida evolución, del tamaño de Neptuno y Júpiter, descubiertos en 2019 por el equipo de Petigura y Trevor David, coautor principal del estudio. Pero a diferencia de otros planetas recién nacidos y en pleno crecimiento, estos mundos hacen justo lo contrario: se están contrayendo, perdiendo sus atmósferas, haciéndose cada vez más pequeños.
«Lo más emocionante -dice por su parte John Livingston, del estudio del Centro de Astrobiología en Tokio y coautor principal de la investigación- es que estamos viendo un adelanto de lo que en el futuro se convertirá en un sistema planetario muy normal. Los cuatro planetas que estudiamos probablemente se contraerán en ‘super-Tierras’ y ‘sub-Neptunos’, los tipos de planetas más comunes en nuestra galaxia, pero nunca habíamos tenido una imagen tan clara de ellos en sus años de formación».
Un golpe de suerte
El equipo realizó el descubrimiento observando los tránsitos de los planetas desde una red de telescopios terrestres y espaciales durante casi una década. Un tránsito es cuando un planeta cruza frente a su estrella, atenuando ligeramente su brillo. Al seguir los tránsitos a lo largo del tiempo, los científicos pueden determinar la trayectoria y el momento de la órbita del objeto. Y al estudiar los detalles de los tránsitos de todos los planetas de un sistema, pueden averiguar también de qué están hechos los planetas y cómo interactúan entre sí.
El sistema V1298 Tau es el ‘eslabón perdido’ entre las nebulosas y los sistemas planetarios maduros
Pero en el sistema Tau del V1298 los tránsitos no facilitaban las cosas. De hecho, el equipo nunca habría hecho su descubrimiento si no hubieran seguido sus corazonadas y si no hubieran tenido, además, un golpe de suerte.
«Tuvimos dos tránsitos del planeta más alejado -recuerda Petigura-, separados por varios años, y sabíamos que habíamos perdido otros muchos que sin duda se habían producido entre ellos. Había cientos de posibilidades que tuvimos que reducir ejecutando modelos informáticos y haciendo conjeturas a partir de los datos disponibles».
La noticia llegó de la forma en que suelen hacerlo en estos tiempos, en forma de un mensaje de Livingston a través de una red de mensajes (la plataforma Slack), que apareció en la pantalla de Petigura: «¡Eh, lo tenemos desde el suelo!»
Livingston había conseguido recuperar otro tránsito del esquivo planeta más externo usando un telescopio terrestre, de modo que consiguió determinar, por fin, su periodo orbital.
«¡No me lo podía creer! -asegura Petigura-. El momento era tan incierto que pensé que tendríamos que intentarlo al menos media docena de veces. Fue como hacer un hoyo en uno en el golf».
Así se pesa un planeta bebé
Una vez resueltas las órbitas de los cuatro planetas, los investigadores pudieron entender cómo esos mundos ‘tiraban’ unos de otros debido a la gravedad, a veces ralentizando y a veces acelerando, lo que provocaba tránsitos irregulares, a veces antes y a veces más tarde. Variaciones que permitieron al equipo medir las masas de los cuatro planetas, es decir, pesarlos.
A pesar de ser hasta 10 veces mayores que la Tierra, estos planetas son increíblemente ligeros: tienen una densidad comparable a la del poliestireno
El resultado fue impactante. A pesar de ser entre 5 y 10 veces mayores que la Tierra, los planetas tenían masas ‘sólo’ entre 5 y 15 veces superiores. Lo cual significa que todos ellos tienen densidades muy bajas, comparable a la del poliestireno, mientras que la Tierra tiene la densidad de la roca.
«Los radios inusualmente grandes de estos planetas jóvenes llevaron a la hipótesis de que tienen densidades muy bajas, pero esto nunca se había medido -explica Trevor David, coautor del estudio y líder del descubrimiento inicial del sistema en 2019-. Al ‘pesar’ estos planetas por primera vez, hemos proporcionado la primera prueba observacional. Y es cierto que son excepcionalmente ‘esponjosos’, lo que nos da un punto de referencia crucial y largamente esperado para las teorías de la evolución planetaria».
«Nuestras mediciones -añade Livingston- revelan que son increíblemente ligeros, algunos de los planetas menos densos jamás encontrados. Es un paso fundamental que convierte una teoría de larga data sobre cómo los planetas maduran en una realidad observada».
Medir las masas y tamaños de los planetas en un momento tan crítico de su desarrollo ayudó a los astrónomos a entender cómo evolucionan con el tiempo. Los mundos V1298 ya han perdido una parte significativa de sus capas gaseosas superiores, y están destinados a perder más.
«Estos planetas -concluye James Owen, del Imperial College de Londres y también coautor del estudio- ya han experimentado una transformación dramática, perdiendo rápidamente gran parte de sus atmósferas originales y enfriándose más rápido de lo que esperaríamos de los modelos estándar. Pero siguen evolucionando. Durante los próximos miles de millones de años, seguirán perdiendo su atmósfera y encogiéndose significativamente, transformándose en los sistemas compactos de ‘super-Tierras’ y ‘sub-Neptunos’ que vemos por toda la galaxia».