Los astrónomos se han sorprendido al saber en los últimos años que, como la mayoría de los soles, albergan al menos un planeta que se sitúa entre la Tierra y Neptuno en tamaño y orbita más cerca de nuestro propio Sistema Solar que Mercurio, un tamaño y una órbita que faltan en el nuestro. Estos mundos, conocidos como súper Tierra y subNeptuno, constituyen los planetas más abundantes de la Vía Láctea. Sin embargo, a pesar de su omnipresencia, aún no está claro cómo se forman. Un equipo de investigación internacional ha identificado una pieza del rompecabezas perdida hace mucho tiempo midiendo directamente cuatro planetas muy jóvenes a medida que evolucionan hacia esta forma planetaria común.
Al estudiar el sistema Tau V1298, los investigadores han capturado una instantánea temprana inusual del desarrollo del planeta. Sus mediciones revelan planetas atrapados en el acto de transformarse en súper Tierras y subNeptunos vistos en toda la galaxia.
“Lo que es tan emocionante es que estamos viendo una vista previa de un sistema planetario muy normal”, dijo el autor principal del estudio, John Livingston, del Centro de Astrobiología de Tokio, Japón. “Los cuatro planetas que estudiamos probablemente se reducirán a ‘supertierras’ y ‘subneptunos’, los tipos más comunes de planetas en nuestra galaxia, pero nunca habíamos tenido una imagen tan clara de ellos durante sus años de formación”.
Un joven sistema estelar congelado en el tiempo
V1298 Tau es notablemente joven según los estándares astronómicos, sólo tiene 20 millones de años, un abrir y cerrar de ojos en comparación con los 4.500 millones de años de historia del Sol. Cuatro grandes planetas, desde Neptuno hasta Júpiter, orbitan esta poderosa estrella. Estos mundos parecen estar en una fase caótica y de corta duración de cambios rápidos, lo que da una idea de cómo fueron alguna vez muchos sistemas planetarios maduros.
Los astrónomos creen que este sistema representa una versión temprana de los sistemas multiplanetarios muy compactos que se encuentran comúnmente en toda la galaxia. Al igual que la Piedra Rosetta ayudó a los científicos a descifrar los jeroglíficos antiguos, V1298 Tau proporciona una referencia clave para comprender cómo se forman los planetas más comunes de la galaxia.
Medición de masas planetarias sin señales Doppler
Durante un período de diez años, el equipo dependió de una combinación de telescopios espaciales y terrestres para monitorear el sistema. Rastrearon los momentos precisos en que cada planeta cruzó frente a su estrella, eventos llamados tránsitos. Estas observaciones revelaron que las órbitas de los planetas no eran perfectamente estacionarias. En cambio, los planetas se atraen sutilmente entre sí, provocando cambios pequeños pero mensurables en sus tiempos de tránsito.
Estas variaciones, conocidas como variaciones del tiempo de tránsito (TTV), permiten a los científicos calcular directamente la masa del planeta por primera vez.
“Para los astrónomos, nuestro método ‘Doppler’ para pesar planetas implica medir cuidadosamente la velocidad de la estrella cuando es interceptada por la órbita del planeta”. dijo Eric Petigura, coautor de la UCLA. “Pero las estrellas jóvenes son tan irregulares, activas y de mal humor que el método Doppler no sirve de nada”. Usando TTV, básicamente usamos la propia gravedad de los planetas entre sí. “Saber realmente cómo se unen con sus vecinas nos permite calcular su masa y evitar problemas con estas estrellas jóvenes”.
Planetas ligeros como algodón de azúcar cósmico
Las mediciones de masa revelaron un resultado interesante. Los planetas son de cinco a diez veces más grandes que la Tierra, pero sólo de cinco a quince veces más masivos. Esta combinación los hace inusualmente bajos en densidad, más parecidos a algodón de azúcar del tamaño de un planeta que a mundos sólidos y rocosos.
“Se suponía que los radios inusualmente grandes de los planetas jóvenes tenían densidades muy bajas, pero esto nunca se ha medido”, dijo el coautor Trevor David del Instituto Flatiron, quien dirigió el descubrimiento original del sistema en 2019. Un punto de referencia importante y largamente esperado para la teoría de la evolución planetaria.
La atmósfera se está perdiendo y reduciendo con el tiempo.
Este abultamiento extremo ayuda a resolver una cuestión de larga data sobre la formación planetaria. Si los planetas se formaran de forma sencilla y se enfriaran lentamente, serían mucho más compactos. En cambio, el análisis muestra que estos mundos jóvenes debieron haber cambiado dramáticamente desde el principio, perdiendo rápidamente grandes porciones de sus atmósferas espesas a medida que el disco de gas circundante alrededor de sus estrellas desaparecía.
“Estos planetas ya han sufrido una transformación dramática, perdiendo rápidamente sus atmósferas centrales y enfriándose más rápido de lo que esperaríamos del modelo estándar”, explicó James Owen, coautor del Imperial College de Londres, quien dirigió el modelado teórico. “Pero todavía están evolucionando. Durante los próximos miles de millones de años, seguirán perdiendo sus atmósferas y reduciéndose significativamente hasta convertirse en los mundos compactos que vemos en toda la galaxia”.
Petigura comparó la importancia del sistema con un famoso descubrimiento de fósiles. “Me acuerdo del famoso fósil de ‘Lucy’, uno de nuestros ancestros homínidos que vivió hace 3 millones de años y fue uno de los ‘eslabones perdidos’ entre los simios y los humanos”, dijo. “V1298Tau es un vínculo importante entre las nebulosas de formación de estrellas y planetas que vemos en el cielo y los sistemas planetarios maduros que ahora hemos descubierto por miles”.
¿Por qué nuestro sistema solar es diferente?
Hoy en día, V1298 Tau es un laboratorio natural para estudiar cómo surgen los planetas más comunes de la Vía Láctea. Las observaciones de este sistema brindan una visión poco común de las caóticas y transformadoras vidas tempranas de los planetas y pueden ayudar a explicar por qué nuestro propio sistema solar carece de las súper Tierras y subNeptunos que dominan en otros lugares.
“Este descubrimiento cambia fundamentalmente nuestra forma de pensar sobre el sistema planetario”, añadió Livingston. “V1298 Tau nos muestra que las supertierras y subneptunos actuales comenzaron como mundos gigantes e hinchados que se contrajeron con el tiempo. Básicamente, estamos analizando la creación de la arquitectura planetaria más exitosa del universo”.
