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  • 17/10/2018

astronomía

Pero ¿cómo se forman realmente los planetas?

Como un coche que pesa el doble que el acero con que lo hicieron, los exoplanetas tienen una masa mucho mayor que el material del que surgen. Este nuevo hallazgo pone en entredicho las teorías de la formación planetaria.

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El polvoriento disco que rodea a HL Tauri presenta muchos anillos brillantes. Se cree que los surcos entre ellos han sido abiertos por planetas nacientes de muy temprana formación [Observatorio ALMA].

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¿Qué propiedades hacen que un astro pueda ser considerado un planeta? ¿Por qué Plutón no se ajusta a esa definición? ¿Cómo son las montañas, los vientos y los mares de los distintos mundos que pueblan el sistema solar? ¿Qué nos dicen los espectaculares anillos de Saturno y sus insólitas lunas sobre la formación de los planetas gigantes? ¿Y qué sabemos de los planetas que orbitan en torno a estrellas lejanas? A la hora de crear mundos, la imaginación de la naturaleza no parece conocer límites. Descúbrelo en este monográfico.

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Hace mucho se encendió una estrella a la que hoy llamamos Sol. No consumió todo el material de la nube donde se gestó; el gas y el polvo sobrante se arremolinaron a su alrededor como la falda de una bailarina de salón. Los polvorientos residuos empezaron a hacer agregados en algunos puntos y acabaron creando así grandes objetos rocosos. Pasados unos millones de años, los residuos se habían convertido en los ocho planetas conocidos, con unas cuantas migajas subsistentes en el cinturón de asteroides y en el lejano cinturón de Kuiper.

Algo parecido ocurrió alrededor de otras numerosísimas estrellas, la gran mayoría de las cuales tienen planetas, según se cree. Los astrónomos intentan saber cómo se produce exactamente la formación planetaria y cuánto tarda en completarse; parte de la tarea consiste en estudiar cuánto material hay ahora en los planetas y cuánto tuvo que haber en los discos de polvo que los construyeron. Pero sus cuentas cósmicas no cuadran.

Un nuevo artículo científico expone que los planetas quizá se formen de maneras que van más allá de nuestros conocimientos. En sistema tras sistema, los planetas son mucho mayores que las mayores faldas de estrella. Parece ir contra las matemáticas, o al menos contra la razón: los planetas no deberían ser mayores que la materia de que están hechos.

Los autores del nuevo artículo han comparado las masas de cientos de exoplanetas y de discos protoplanetarios donde se están construyendo nuevos planetas. Compararon los catálogos de planetas y las mediciones de discos compiladas por el radiotelescopio más potente del mundo; hallaron que las masas de los planetas eran mucho mayores que las masas de los discos.

Según los autores, podría pasar una de dos cosas: que haya material en los discos que no podemos ver o discos que de alguna manera se rellenan con material para la construcción de planetas que procede de más allá de la estrella. Tanto lo uno como lo otro ponen en entredicho el paradigma actual de la formación de los planetas.

El mejor telescopio para estudiar el polvo y el gas en un disco protoplanetario es la Gran Red Milimétrica/Submilimétrica de Atacama (ALMA), un enjambre de antenas de radio en el desértico altiplano chileno. Tiene una característica inusual: puede ver objetos de solo un milímetro de diámetro, pero todo lo que sea mayor que un guijarro le resulta invisible a todos los efectos. Quizá sea por esto por lo que los discos parecen demasiado pequeños, según el nuevo estudio. Si los planetas, o al menos sus núcleos, se formaron antes de lo esperado, podrían ocultarle a ALMA parte de la masa del disco.

«Si los núcleos planetarios se forman muy deprisa, en menos de un millón de años», dice Carlo Manara, astrónomo del Observatorio Europeo del Sur, en su sede de Garching, que dirigió el estudio, «se puede meter mucha masa ahí y se formarán muy pronto los ladrillos con que se hará el planeta». La masa podría no estar perdida; solo se nos estaría perdiendo a nosotros.

Durante muchos años, los astrónomos han imaginado que los planetas se forman cuando objetos grandes colisionan, se funden y se recombinan creando algo nuevo. La Tierra habría tardado millones de años en formarse, por ejemplo.

Pero los astrónomos tienden ahora cada vez más a creer que un millón de años puede ser una escala de tiempo razonable para construir un planeta, dice Konstantin Batygin, astrofísico del Instituto de Tecnología de California que estudia la formación planetaria y no participó en el nuevo trabajo.

«No se trata de un proceso absurdamente rápido. No es bíblico. No son siete días, no son seis mil años. Son un millón de años», dice. «En un millón de años pueden pasar muchas cosas».

Una teoría hasta cierto punto nueva y que está bien vista, la de la llamada acreción de guijarros, ofrece una vía. Según sostiene, un gran número de guijarros y granos de polvo diminutos se adhieren rápidamente y construyen objetos mayores, y eso lleva a pensar que los planetas pueden crecer más deprisa cuando crecen pequeño paso a pequeño paso. Batygin afirma que buena parte de la investigación de la formación de los planetas se dirige en esa dirección, y el estudio de Manara apunta también hacia ella.

Además, la estrella joven HL Tauri ha proporcionado fuertes pruebas circunstanciales de que eso es lo que podría estar pasando. HL Tauri tiene un disco protoplanetario rodeado por múltiples anillos concéntricos. Muchos astrónomos piensan que los surcos entre los anillos los han abierto planetas. Si es cierto, esos planetas se formaron realmente muy deprisa, ya que la estrella debe de tener solo unos cien mil años.

«Es muy importante, ya que hace que la formación planetaria temprana resulte mucho más convincente», explica Batygin.

Para Manara no está seguro de la que la formación rápida de los planetas resuelva el problema original. Habla de otra posibilidad inusual: que las estrellas atraigan material muy alejado de sus discos y así esos nuevos ingredientes entren en la mezcla.

Una estrella nace dentro de una nebulosa difusa del tipo que recibe el nombre de nube molecular. Pero no usa todo lo que hay en la nube. Es posible que algunos residuos permanezcan alrededor el tiempo suficiente para que los planetas los usen después. Puede compararse con hacer pasta fresa añadiendo lentamente pequeñas cantidades de harina a un centro húmedo, de huevo. Si es así, la cantidad de material disponible para hacer planetas superaría la cantidad que ALMA, o cualquier astrónomo, vería en un instante de tiempo dado.

HL Tauri ofrece de nuevo un ejemplo. Según una investigación publicada el año pasado, de Hsi-Wei Yen, del ESO en Garching, y sus colaboradores, dos filamentos arqueados de gas se conectan con el disco central de HL Tauri. Uno parece fluir hacia nuestro punto de vista terrestre; el otro se aparta de nosotros. Los autores no pueden decir si el gas entraba o salía, pero su presencia indica que cualquiera de las dos situaciones es posible.

Batygin dice que también la idea del sembrado por la nube tiene sentido.

«Las estrellas nacen en cúmulos; no se forman solas. Pero muchas teorías de la formación planetaria están concebidas así, con estrellas aisladas de su entorno cósmico. Pero, por lo general, los entornos donde se forman estrellas son muy dinámicos. Tienen estrellas jóvenes de masa grande que constantemente nacen y estallan como supernovas. Pasa todo ese tipo de cosas». Un entorno así de dinámico  podrían ayudar también a cribar polvo y gas sobre los discos protoplanetarios.

«Si el anillo del disco te ayuda a reciclar parte de ese material y lo devuelve al disco, tendrás que la formación planetaria se amplificará mucho», dice Ruobing Dong, astrónomo de la Universidad de Victoria que no participó en el nuevo trabajo.

Otros investigadores han sostenido que el enigma de la masa del disco se debe a un error de medición. ALMA es un radiointerferómetro: consta de muchas antenas de radio parabólicas que funcionan concertadamente para observar longitudes de onda de la luz muy largas. Gracias a ello ALMA puede ver partículas pequeñas, como el polvo que envuelve a una estrella joven. Pero los astrónomos han de hacer ciertas suposiciones relativas a sus observaciones para calcular la masa de un objeto. Es posible que las que hacen estén mal y haya más polvo que el captado por ALMA.

Manara da su valor a este argumento, pero dice que por muy desviadas que estén las mediciones, no bastaría para explicar la discrepancia. «De las dos posibilidades con que nos encontramos, creo que al final lo auténtico podría ser que hay algo de verdad en las dos», dice. «Lo importante ocurre muy pronto y el entorno ayuda».

Rebecca Boyle / Quanta Magazine

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de QuantaMagazine.org, una publicación independiente promovida por la Fundación Simons para potenciar la comprensión de la ciencia.

Referencia: «Why do protoplanetary disks appear not massive enough to form the known exoplanet population?», de G. F. Manara et al. en arXiv:1809.07374 [astro-ph.EP].

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