Un descubrimiento del telescopio James Webb aporta nuevas pistas sobre la formación de planetas gigantes

El espacio todavía tiene muchas cosas por descubrir y eso lo pudo evidenciar el poderoso Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA. Ahora, un equipo internacional de astrónomos reportó el descubrimiento de un objeto en el límite entre planeta y estrella, cuyas características desafían los modelos clásicos de formación planetaria.

La investigación, publicada en The Astrophysical Journal Letters y liderada por William Balmer de la Universidad Johns Hopkins y el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI), utilizó la avanzada instrumentación del James Webb para captar imágenes directas de 29 Cygni b, un cuerpo celeste de masa extrema que orbita una estrella de tipo temprano situada en las inmediaciones del sistema solar.

El hallazgo pone en cuestión la tradicional línea divisoria entre planetas y estrellas. Para la comunidad científica, la formación de estos objetos ha representado un desafío persistente, ya que los modelos actuales no logran explicar todas las propiedades observadas en cuerpos con masas cercanas al límite de fusión del deuterio.

El planeta 29 Cygni b fue seleccionado específicamente porque su masa, estimada en 15 veces la de Júpiter, lo ubica en el umbral crítico donde se solapan los mecanismos de formación planetaria y estelar.

El proceso de formación planetaria suele ocurrir en discos de gas y polvo que rodean a estrellas jóvenes, donde el material se agrupa de abajo hacia arriba a través de la acreción, formando cuerpos cada vez más masivos. Las estrellas, en contraste, surgen cuando una nube de gas colapsa bajo su propia gravedad y fragmenta en núcleos densos.

La existencia de objetos superjovianos a grandes distancias de sus estrellas anfitrionas había permanecido sin explicación hasta ahora, ya que el disco protoplanetario en esas regiones resulta demasiado tenue para sostener la acreción convencional.

El estudio científico detalló que el equipo utilizó la cámara infrarroja cercana NIRCam del JWST en modo coronográfico para obtener imágenes de 29 Cygni b en longitudes de onda entre 4 y 5 micrones. El análisis espectral reveló la presencia de dióxido de carbono (CO₂) y monóxido de carbono (CO), cuyas señales aparecen en 4,3 y 4,6 micrones respectivamente.

La relación de intensidades entre ambos compuestos resultó fundamental: “La intensidad de la señal de CO₂ en relación con la de CO proporciona una sólida evidencia, basada en la comparación empírica con observaciones de la literatura en estas longitudes de onda y modelos atmosféricos, de que el compañero está enriquecido en elementos más pesados en comparación con las abundancias aproximadamente solares del anfitrión”, concluyó el equipo de Balmer.

De acuerdo con los resultados, la metalicidad de 29 Cygni b triplica la de su estrella anfitriona, una proporción que respalda la hipótesis de formación a partir de acreción rápida de material rico en metales, en vez de mediante fragmentación gravitacional o captura del disco, como ocurre con estrellas de mayor masa relativa. La masa estimada del objeto, con un margen de error de cinco masas jovianas, sitúa a 29 Cygni b en el umbral de la combustión del deuterio, la reacción nuclear que marca el paso definitivo de planeta a estrella.

El programa de observación del JWST seleccionó cuatro planetas jóvenes, de una a quince veces la masa de Júpiter, que orbitan a distancias de hasta 15 mil millones de kilómetros de sus estrellas. Todos presentan temperaturas entre 530 y 1000 grados Celsius, lo que facilita la detección de su composición atmosférica. Balmer y su equipo eligieron 29 Cygni b porque “es la masa más baja que se podría obtener de forma plausible por fragmentación, pero también es aproximadamente la masa más alta que se podría obtener mediante acreción”, según consta en el artículo.

El análisis de la alineación del sistema, obtenido mediante interferometría CHARA/PAVO, permitió medir el ángulo de inclinación de la estrella respecto a la órbita del planeta. Los resultados mostraron una diferencia de 12 grados, con un margen de seis, lo que sugiere una alineación espín-órbita consistente. Este dato refuerza la hipótesis de formación en el propio disco protoplanetario, ya que en los sistemas formados por captura o fragmentación externa suelen observarse ángulos mucho mayores.

El descubrimiento de 29 Cygni b aporta una nueva perspectiva sobre la formación de planetas gigantes en torno a estrellas de tipo temprano. Los modelos tradicionales predicen que los discos protoplanetarios no contienen suficiente material en las regiones exteriores para formar planetas tan masivos a grandes distancias.

Sin embargo, la evidencia recolectada por el JWST apunta a que el enriquecimiento en metales y los procesos de acreción pueden operar a escalas superiores al límite de combustión del deuterio, en consonancia con la tendencia de masa planetaria y metalicidad recientemente revisada, que predice una proporción de metales planetaria 3,3 veces superior a la estelar en objetos de alta masa.

Según informó The Astrophysical Journal Letters, los modelos informáticos actuales no logran reproducir con precisión todas las propiedades observadas en objetos como 29 Cygni b, motivo por el que el hallazgo resulta especialmente relevante para la comprensión de la evolución de sistemas planetarios complejos.

“No está claro cómo se forman los compañeros subestelares con masas cercanas al límite de fusión del deuterio, ya que estos objetos son raros y sus propiedades macroscópicas no son diagnósticas de su formación”, sostiene el artículo. La campaña de observación continuará con el estudio de otros tres planetas jóvenes y masivos, a fin de comparar sus propiedades químicas y estructurales. El objetivo es establecer un marco empírico robusto que permita distinguir entre objetos formados por acreción y aquellos originados por fragmentación. La capacidad del JWST para captar imágenes directas en el rango infrarrojo y su sensibilidad para detectar compuestos atmosféricos resultan determinantes en este avance.

La comunidad astronómica evalúa ahora cómo estos resultados pueden modificar los criterios para clasificar objetos celestes en el límite entre planeta y estrella. El caso de 29 Cygni b sugiere que la frontera no es rígida, sino que depende de la interacción entre masa, composición y dinámica orbital.

“Este conjunto de evidencias sugiere una formación dentro del disco protoplanetario y una rápida acreción de material rico en metales en lugar de la fragmentación o captura del disco, como ocurre con compañeros de mayor relación de masas”, apuntaron los expertos a cargo del estudio.

La observación de 29 Cygni b con el JWST representa un avance en la comprensión de los procesos de formación planetaria y estelar, y abre la puerta a nuevos descubrimientos sobre la naturaleza de los cuerpos que habitan los confines de los sistemas planetarios.

El telescopio James Webb consolida su rol como herramienta esencial para el estudio de la composición y evolución de los objetos de masa extrema, aportando datos que obligan a reexaminar los límites tradicionales entre planetas y estrellas.