En jaque las teorías de la formación planetaria por el hallazgo de un planeta alrededor de una estrella diminuta

Los planetas nacen a partir del material que rodea a las estrellas jóvenes, en lo que se conoce como disco protoplanetario. Si el polvo y el gas de este disco se agrupa y alcanza suficiente masa, puede dar lugar a planetas gigantes. Sin embargo, este proceso depende en gran medida de la masa de la estrella: cuanto menor es la estrella, menos material tiene disponible para formar planetas grandes.

Por eso resulta tan sorprendente el reciente descubrimiento de un exoplaneta gigante orbitando una estrella diminuta: TOI-6894, una enana roja con solo un 20% de la masa del Sol. Este hallazgo, publicado en Nature Astronomy, desafía las teorías actuales en torno a la formación planetaria y abre nuevas preguntas sobre cómo y dónde pueden surgir los planetas gigantes. “Lo singular es que, según las teorías actuales, estrellas tan pequeñas no deberían tener planetas tan grandes, porque no tendrían suficiente material a su alrededor como para formarlos”, confirma Francisco J. Pozuelos, investigador del IAA-CSIC que participa en el estudio.

Representación artística del Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Créditos: NASA’s Goddard Space Flight Center.

TOI-6894b es un planeta gigante gaseoso de baja densidad, con un radio algo mayor que el de Saturno, pero con solo la mitad de su masa. Su estrella, TOI-6894, es la de menor masa en la que se ha descubierto un planeta gigante en tránsito, con apenas el 60% del tamaño de la siguiente estrella más pequeña conocida con un planeta similar.

El descubrimiento se enmarca dentro de un proyecto de investigación a gran escala que analiza los datos de la misión TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA, en busca de planetas gigantes alrededor de estrellas de baja masa. “Analizamos observaciones de más de 91.000 estrellas enanas rojas de baja masa en los datos de TESS en busca de planetas gigantes”, explica el dr. Edward Bryant, astrofísico y primer autor del estudio.

El Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) tuvo un papel destacado en el análisis de los datos obtenidos por la misión espacial TESS. “Pudimos detectar que el tránsito de este planeta, es decir, su paso por delante de la estrella, bloquea un 17% de su luz, algo poco común que nos permitirá estudiar su atmósfera con gran precisión”, señala Francisco J. Pozuelos (IAA-CSIC).

Imagen nocturna del Observatorio de Sierra Nevada. Imagen: Alfredo Sota (OSN).

Este indicio fue el punto de partida de toda la campaña de observación y análisis que culminó en el descubrimiento. Además, el IAA-CSIC contribuyó de forma clave con observaciones realizadas desde el telescopio de 1,5 metros del Observatorio de Sierra Nevada (OSN), en distintas bandas de luz y en coordinación con otros telescopios internacionales. “Estas observaciones nos permitieron descartar que se tratara de una estrella doble eclipsante —un sistema formado por dos estrellas que orbitan entre sí y, al pasar una por delante de la otra, producen eclipses mutuos— y confirmar que, en efecto, estábamos ante un planeta gigante”, detalla Víctor Casanova, investigador del IAA-CSIC.

Una atmósfera reveladora

Una de las claves para entender cómo se formó TOI-6894b está en el estudio detallado de su atmósfera. Analizar cómo se distribuyen los materiales en su interior puede revelar la estructura de su núcleo y ayudar a determinar si se originó por acreción —acumulando lentamente gas y polvo— o por colapso gravitacional de un disco inestable.

Además, su atmósfera presenta una característica poco habitual en este tipo de planetas: es sorprendentemente fría. Mientras que la mayoría de los gigantes gaseosos descubiertos hasta ahora son los llamados “Júpiteres calientes”, con temperaturas entre 1000 y 2000 kelvin, TOI-6894b apenas alcanza los 420 kelvin. Su baja temperatura, junto con otras particularidades como tránsitos especialmente profundos, lo convierte en uno de los candidatos más prometedores para investigar atmósferas frías en exoplanetas.

“Por la irradiación que recibe de su estrella, se espera que la atmósfera de TOI-6894b esté dominada por procesos químicos ligados al metano, algo muy poco común”, señala el profesor Amaury Triaud, de la Universidad de Birmingham.

Por su parte, el investigador del IAA-CSIC, Francisco J. Pozuelos, añade que “estas bajas temperaturas hacen posible que detectemos no solo metano, sino incluso amoníaco, lo que sería un hito: nunca se ha observado este compuesto en la atmósfera de un exoplaneta”. TOI-6894b se perfila así como un planeta de referencia para el estudio de atmósferas dominadas por metano y uno de los mejores laboratorios naturales para explorar atmósferas ricas en carbono, nitrógeno y oxígeno fuera del Sistema Solar.

Gracias a todas estas particularidades, TOI-6894b ha sido seleccionado para futuras observaciones con el telescopio espacial James Webb (JWST), previstas en los próximos meses. “Estos datos nos permitirán poner a prueba las distintas teorías sobre su formación y, en general, avanzar en la comprensión de cómo se forman planetas gigantes en entornos extremos”, concluye Pozuelos.

Referencia: 

‘A transiting giant planet in orbit around a 0.2-solar-mass host star’ Nature Astronomy