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El conocimiento científico crece gracias a la labor de miles de personas que se esfuerzan, hasta el agotamiento, por encontrar respuestas a los enigmas que plantea la Naturaleza. En cada programa un científico conversa con Ángel Rodríguez Lozano y abre para nosotros las puertas de un campo del conocimiento.

El exoplaneta incomprendido. Hablamos con Juan Carlos Morales.

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El descubrimiento de un nuevo planeta extrasolar ha dejado de llamar la atención, al fin y al cabo, son ya más de 4000 los exoplanetas descubiertos y el número sube exponencialmente a medida que se cuenta con mejores medios de detección. Dicho esto, os preguntaréis ¿qué tiene de especial un planeta gigante, la mitad del tamaño Júpiter, para merecer el privilegio de ocupar un puesto destacado en la revista Science La respuesta es que, para sorpresa de los propios descubridores, pone en entredicho las teorías existentes sobre formación de los planetas.

El artículo está firmado en primer lugar por nuestro invitado, Juan Carlos Morales, investigador del Instituto de Ciencias del Espacio (CSICIEEC) y, junto a él, firman casi dos centenares de investigadores, entre ellos los que participan en el proyecto CARMENES, un espectrógrafo óptico e infrarrojo cercano de alta resolución construido por instituciones de investigación españolas y alemanas en el Observatorio de Calar Alto (España). A pesar de llevar solamente dos años en funcionamiento, CARMENES ya demostrado ser un instrumento muy valioso para la búsqueda de exoplanetas, como lo demuestra el descubrimiento de planetas semejantes a la Tierra alrededor de la estrella Teegarden.

Pongámonos en el situación. Si quisiéramos observar la estrella protagonista de nuestra historia, tendríamos que mirar hacia la constelación del Osa Mayor con un telescopio potente, porque dicha estrella, conocida como GJ 3512, a pesar de estar situada a unos 30 años-luz, es tan pequeña que tiene una décima parte de la masa del Sol y desprende una energía que apenas alcanza al 0,2% de la solar. GJ 3512 es una enana roja cercana a nosotros y por lo tanto una candidata para CARMENES, aunque, en un principio fue descartada y solamente entró en el grupo a observar en la repesca, algo de lo que se alegran mucho los investigadores.
Las observaciones de la estrella GJ 3512 comenzaron a finales de 2017 y los resultados llamaron pronto la atención de los investigadores. El análisis de su luz en el óptico y en el infrarrojo cercano, la especialidad de CARMENES, mostraba un comportamiento extraño. Las variaciones de la luz revelaban que la estrella cambiaba de velocidad rápidamente, forzada a moverse por la atracción de un compañero invisible. Todos esperaban encontrar un planeta pequeño, de tamaño comparable a la Tierra pero pronto se comprobó que estaban equivocados, alrededor de GJ 3512 había un planeta mucho más grande. Los cálculos revelaron que se trataba de un exoplaneta gigante, cuyo tamaño es la mitad de Júpiter.

No es extraño descubrir planetas gigantes alrededor de estrellas semejantes al Sol, la prueba es que en el Sistema Solar hay dos, Júpiter y Saturno, pero lo que nadie esperaba es que existiera uno alrededor de una estrella tan pequeña. No obstante, “GJ 3512 b”, que así se identificó al planeta, ahí estaba, y seguía una órbita muy elíptica de 204 días alrededor de la estrella, tan cerca que, de estar aquí, se encontraría dentro de la órbita de Mercurio alrededor del Sol.

Las teorías existentes sobre la formación de los planetas gigantes parten de la base de que éstos se forman a partir de las densas nubes de gas y polvo que rodean a las estrellas nacientes. Durante el proceso, los diminutos granos de polvo se van juntando y creando pequeños cuerpos que, después, se van uniendo por gravedad, hasta formar un cuerpo mayor. Cuando el cuerpo de roca y hielo resultante alcanza una masa 10 o 15 veces mayor que la Tierra, comienza a atraer el gas hidrógeno y helio circundante hasta formar una enorme bola de gas, un gigante gaseoso, como Júpiter o Saturno. Este es el proceso habitual en estrellas del tamaño solar, pero cuando se aplica a estrellas mucho más pequeñas, como GJ 3512, la teoría no funciona tan bien. Según lo obtenido en los modelos de formación, las estrellas enanas se forman a partir de nubes de gas y polvo pequeñas, en comparación con las de tipo solar, y su tamaño no les permite aglomerar suficiente materia como para formar planetas gigantes. Así pues, GJ3512 b era una rareza difícil de explicar.

En este punto hacía falta la opinión de equipos especializados en la formación planetaria y Juan Carlos Morales y su equipo se pusieron en contacto con investigadores del Observatorio de Lund (Suecia) y de la Universidad de Berna (Suiza) para recabar su opinión. Así fue como, analizando el problema desde muchos aspectos y realizando multitud de simulaciones, quedó claro que los modelos actuales no podían explicar la formación de GJ3512 b y, mucho menos la de dos planetas gigantes, porque investigaciones más recientes revelaban la posible existencia de un segundo planeta gigante más alejado y con un periodo de varios años.

Pero lo que una teoría no puede explicar, otra podría hacerlo y los investigadores pusieron su punto de mira en otro escenario denominado “modelo de inestabilidad de disco”. Este modelo defiende que, si el disco de materia que da lugar a los planetas está lo suficientemente extendido y frío, se puede producir una fragmentación y esos pedazos pueden dar lugar a un planeta gigante. Una vez formados los planetas, sus interacciones mutuas pueden llevar a uno de ellos a las cercanías de la estrella, como sucede con GJ 3512 b.

Os invito a escuchar a Juan Carlos Morales Peralta, investigador del Instituto de Ciencias del Espacio (CSICIEEC)

Referencias:
Morales et al., A giant exoplanet orbiting a very-low-mass star challenges planet formation models Science. 27 SEPTEMBER 2019 • VOL 365 ISSUE 6460

Laughlin et al., The world that came in from the cold, Science. 27 SEPTEMBER 2019 • VOL 365 ISSUE 6460


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