Astrónomos revelan datos sorprendentes sobre planetas gigantes en formación

El hallazgo de cuatro planetas en formación en el sistema V1298 Tau, observados a tan solo 20 millones de años desde su nacimiento, ha permitido a un equipo internacional de investigadores de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA) y otros institutos establecer las claves del proceso que da lugar a las supertierras y subneptunos.

Estas categorías de planetas, situadas en tamaño entre la Tierra y Neptuno, son frecuentes en la Vía Láctea.

El estudio, publicado en la revista Nature, revela que estos planetas jóvenes presentan una estructura y un estado de evolución “excepcionalmente inflados y ligeros”, lo que representa un punto de referencia largamente buscado para comprender la génesis de los sistemas planetarios.

El análisis de los científicos

Según indicó James Owen, coautor del Imperial College de Londres, “estos planetas ya han experimentado una transformación dramática, perdiendo rápidamente gran parte de sus atmósferas originales y enfriándose más rápido de lo previsto por los modelos estándar”. Las proyecciones indican que continuarán perdiendo masa atmosférica durante los próximos miles de millones de años, decreciendo hasta configurar los grupos compactos de supertierras y subneptunos característicos de muchas estrellas en la galaxia.

El sistema V1298 Tau representa un ejemplo temprano y singular. Su estrella anfitriona solo tiene 20 millones de años, mucho menos que los 4.500 millones de años de nuestro Sol. Esta juventud equivale, en términos humanos, a la edad de un bebé de cinco meses. Cuatro planetas gigantes, con radios entre los de Júpiter y Neptuno, orbitan la estrella en pleno proceso de contracción, perdiendo atmósfera y reduciéndose en tamaño.

Este descubrimiento resultó posible gracias a un extenso seguimiento de casi una década, utilizando una combinación de telescopios terrestres y espaciales para observar los tránsitos planetarios, es decir, los momentos en que los planetas pasan frente a su estrella y producen una sutil disminución de su brillo.

Erik Petigura, profesor de Física y Astronomía en la UCLA y segundo autor del estudio, estableció una analogía: “V1298 Tau es un vínculo crucial entre las nebulosas formadoras de estrellas y planetas y los miles de sistemas planetarios maduros ya identificados”. Para Petigura, este hallazgo se asemeja en impacto al descubrimiento del fósil homínido “Lucy” en la evolución humana, como un “eslabón perdido” en el desarrollo de mundos.

La historia detrás de la identificación de los cuatro planetas fue compleja y requirió tanto intuición como perseverancia. El equipo tenía registros de dos tránsitos del planeta más alejado, obtenidos en años diferentes, pero sabían que otros eventos habían pasado inadvertidos. “Había cientos de posibilidades que redujimos mediante modelos informáticos y conjeturas fundamentadas”, explicó Petigura en declaraciones difundidas por la UCLA.

El avance definitivo se dio cuando John Livingston, autor principal del artículo y miembro del Centro de Astrobiología en Tokio, logró capturar un nuevo tránsito del planeta exterior usando un telescopio terrestre, con lo que determinaron su período orbital. “Fue como hacer un hoyo en uno en el golf”, relató Petigura, sorprendido por la precisión del acierto.

Livingston describió el reto: “Tuvimos que recurrir casi a la fuerza bruta para descifrar el misterio del planeta exterior, pero acertamos a la primera”. Su entusiasmo aumentó con el avance de la investigación: “Lo que es tan emocionante es que estamos viendo un avance de lo que se convertirá en un sistema planetario muy normal”. Confió que estos cuatro planetas probablemente evolucionarán hasta convertirse en supertierras y subneptunos, los tipos de planeta más comunes detectados.

La metodología empleada por el grupo para desentrañar la constitución de estos jóvenes cuerpos celestes consistió en analizar las variaciones de los tránsitos y de sus tiempos, permitiendo medir, por primera vez, las masas de los cuatro planetas. La interacción gravitacional entre ellos ocasiona adelantos y retrasos en los tránsitos, un fenómeno que, debidamente modelado, revela la masa relativa de los cuerpos.

El resultado fue sorprendente. La masa de los planetas, a pesar de tener entre cinco y diez veces el radio de la Tierra, solo multiplica por cinco a quince la masa terrestre, lo que implica una densidad extremadamente baja, comparable a la del poliestireno, en contraste con la naturaleza rocosa de la Tierra.

Esta característica confirma la hipótesis, largamente aceptada pero nunca probada hasta ahora, de que los planetas jóvenes tienen radios inflados y densidades bajas. “Nuestras mediciones revelan que son increíblemente ligeros: algunos de los planetas menos densos jamás encontrados”, enfatizó Livingston.

La estrella V1298 Tau se distingue también por la velocidad de evolución que presentan sus planetas. Lejos de comportarse como “bebés en crecimiento”, estos mundos pierden material de sus envolturas gaseosas y experimentan una rápida reducción de su volumen.

El equipo dirigido por Trevor David, del Instituto Flatiron, ya había descubierto el sistema en 2019, pero la medición de las masas representa un salto cualitativo en la comprensión del fenómeno físico.

Los datos recabados permiten observar la transformación dinámica y acelerada de estos planetas: ya han perdido parte sustancial de sus capas gaseosas superiores, y el proceso continuará conforme evolucionen. El análisis y la medición directa de masa y tamaño durante esta fase, tan temprana en la historia de un sistema planetario, son esenciales para explicar la diversidad de planetas encontrada en la galaxia y para poner a prueba los modelos existentes de evolución planetaria.

Petigura sintetizó el avance logrado: “Al pesar estos planetas por primera vez, hemos proporcionado la primera prueba observacional. De hecho, son excepcionalmente hinchados, lo que nos proporciona un punto de referencia crucial y largamente esperado para las teorías de la evolución planetaria”.

Estas observaciones realizadas sobre V1298 Tau sitúan a este sistema como pieza clave para descifrar una cuestión central en la astronomía: por qué la mayoría de las estrellas cuentan con supertierras o subneptunos y por qué el Sol carece de planetas intermedios que se ubiquen entre la Tierra y Neptuno. Los modelos tradicionales sobre la formación de planetas parten de la contracción de nubes de gas y polvo (nebulosas), dando lugar a una estrella joven y a un disco protoplanetario.

En ese entorno, los planetas pueden alcanzar diferentes tamaños a través de procesos complejos ocurridos durante los cientos de millones de años iniciales. El seguimiento detallado de los cuatro planetas bebés ahora testifica cómo las pérdidas atmosféricas y la contracción definen el destino de los cuerpos planetarios, diferenciando los sistemas compactos detectados en tantas otras partes del universo.

El camino para llegar a este resultado ha sido desafiante. El sistema V1298 Tau presenta particularidades que dificultaron la obtención de datos precisos, requiriendo la colaboración internacional, la integración de redes de telescopios y el desarrollo de modelos informáticos avanzados para cruzar hipótesis y observaciones esporádicas. El momento crítico se vivió cuando Livingston notificó al equipo a través de un mensaje que resumía el logro: “¡Oye, lo conseguimos desde cero!”.

A nivel metodológico, los tránsitos permitieron deducir tanto la órbita como la composición y dinámica de los planetas al interactuar entre sí. “Es un paso crucial que convierte una teoría de larga data sobre cómo maduran los planetas en una realidad observable”, sostuvo Livingston durante la presentación de resultados.

La combinación de técnicas, intuiciones y herramientas computacionales hizo posible que la prueba observacional confirme teorías sobre la densidad, estructura y evolución de los planetas recién nacidos. “Los radios inusualmente grandes de los planetas jóvenes llevaron a la hipótesis de que tienen densidades muy bajas, pero esto nunca se había medido”, afirmó Trevor David al medio UCLA.

El estudio abre así una nueva ventana para la exploración del origen y la transformación de los sistemas planetarios, con V1298 Tau como referencia ineludible para futuros trabajos. Los próximos años, estiman los autores, permitirán rastrear la continua transformación del sistema y de sus planetas, ampliando la base de datos con nuevas mediciones y refinando los modelos sobre cómo los sistemas jóvenes se convierten en los patrones comunes detectados en la galaxia.

Los científicos ahora cuentan con la primera prueba directa de cómo planetas inflados y ligeros pueden perder progresivamente sus atmósferas y enfriarse hasta alcanzar las características que predominan entre las supertierras y subneptunos que pueblan el cosmos.