Un equipo internacional de investigadores liderados por astrónomos españoles ha detectado un exoplaneta gigante en torno a una estrella enana roja así como indicios de otro de igual tamaño que orbita alrededor del mismo astro, en un hallazgo que pone en cuestión los modelos sobre la formación de sistemas planetarios.

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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 nacerían tras la ruptura en fragmentos del disco protoplanetario que rodea a la estrella.

El descubrimiento ha sido encabezado 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.

El estudio, a cargo de Juan Carlos Morales, científico del Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC) y del IEEC, ha empleado el instrumento Carmenes que opera desde el Observatorio de Calar Alto (Almería) y que codirige el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC).

Estrella pequeña, planeta gigante

El exoplaneta gigante ahora detectado orbita en torno a la estrella enana roja GJ 3512, que es casi idéntica a la estrella Próxima Centauri -la más cercana a nuestro Sol- y similar a la Estrella de Teegarden y a Trappist-1.

Estas tres albergan planetas similares a la Tierra -el sistema Trappist, el más prometedor, tendría hasta siete 'exotierras'- en órbitas templadas y compactas. Pero ninguna de estas estrellas cuenta con planetas gigantes gaseosos como Júpiter, Saturno, Neptuno y Urano en el Sistema Solar.

El sistema planetario de GJ 3512 es por tanto anómalo: una estrella pequeña con un planeta gigante. Y desafía la teoría establecida, conocida como modelo de acumulación de núcleos, sobre la formación de esos colosos. 

Según este modelo, nacen a partir de núcleos rocosos de unas pocas masas terrestres dentro del disco protoplanetario que rodea a la estrella. Cuando alcanza 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 GJ 3512 dado que las estrellas enanas poseen discos de baja masa, insuficiente para formar planetas. La presencia de un gigante gaseoso a su alrededor, explican los investigadores. indica que el disco original era anormalmente masivo, o que la teoría dominante no se aplica en este caso.

Un modelo alternativo

Para hallar una explicación a este anómalo sistema, el consorcio Carmenes ha trabajado en estrecha colaboración con grupos de centros que lideran el estudio de la formación de planetas como el Instituto Max Planck de Astronomía (Alemania), la Universidad de Berna (Suiza) y el Observatorio de Lund (Suecia).

"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.

El telescopio de 3,5 m en el Observatorio de Calar Alto. Pedro Amado/Marco Azzaro -IAA/CSIC.

Así, se contempló otro posible escenario, el modelo de inestabilidad 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".

Este modelo, 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.

Una revolución tecnológica

"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.

Brazo de infrarrojo cercano. El detector del espectrógrafo tiene que estar en una cámara de vacío criogénica con condiciones estabilizadas de presión y temperatura. Pedro Amado/Marco Azzaro -IAA/CSIC.

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.

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