La naturaleza y el origen de los planetas errantes (FFP, por sus siglas en inglés: free-floating planets) siguen sin estar claros: ¿se forman como las estrellas mediante el colapso gravitatorio de pequeñas nubes de gas?, ¿o como los planetas alrededor de las estrellas y luego son arrancados o expulsados dinámicamente?

Aunque se sabe que ambos mecanismos pueden producir planetas errantes, se desconoce cómo contribuyen a su formación debido a que no se dispone de una amplia muestra homogénea.

Identificar este tipo de planetas dentro de un cúmulo de estrellas se parece a buscar una aguja en un pajar, pero es lo que han conseguido científicos del Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA) y otros centros internacionales. Los resultados los publican en la revista Nature Astronomy.

A partir de más de 80.000 imágenes de gran campo, los autores han identificado hasta 170 planetas errantes de la asociación Upper Scorpius entre la ingente cantidad de estrellas y galaxias de fondo

En primer lugar, se necesitan ojos suficientemente sensibles para detectar las ‘agujas’. Mientras que las estrellas son relativamente brillantes y fáciles de detectar, los miembros de masa planetaria son varios miles de veces más débiles y solo pueden detectarse con telescopios de gran diámetro y detectores sensibles.

Para afrontar este reto, los autores han combinado las imágenes disponibles en los archivos astronómicos públicos con nuevas observaciones de gran campo profundo obtenidas con los mejores telescopios infrarrojos y ópticos del mundo. Así han medido los diminutos movimientos, los colores y las luminosidades de decenas de millones de fuentes en una amplia zona del cielo donde se encuentra la asociación estelar joven Upper Scorpius OB.

La combinación de los movimientos propios (es decir, los movimientos sobre el plano del cielo) y la fotometría de múltiples longitudes de onda es, de hecho, la forma más eficaz y robusta de identificar a todos los miembros de una asociación en áreas muy extensas.

Se trata de la mayor muestra de planetas errantes en una sola asociación y casi duplica el número de planetas errantes conocidos hasta la fecha en todo el cielo

Cada miembro de una asociación nació en un mismo complejo de nubes moleculares con su propio impulso original. Al final del proceso de formación, los miembros del grupo se mueven juntos con movimientos espaciales similares a los del complejo de nubes progenitor, lo que constituye un método de identificación extremadamente eficaz.

Las estrellas del campo que no están relacionadas tienen movimientos propios casi aleatorios, mientras que las galaxias del fondo no tienen ningún movimiento propio medible. Por lo tanto, cualquier objeto que muestre un movimiento propio similar al del grupo es probablemente un miembro. Las luminosidades y los colores se pueden utilizar para afinar la selección y rechazar a los pocos objetos restantes.

Con más de 80.000 imágenes

A partir de más de 80.000 imágenes de gran campo que suman hasta 100 TB y abarcan 20 años, los autores han identificado hasta 170 planetas errantes de la asociación Upper Scorpius entre la ingente cantidad de estrellas y galaxias de fondo.

Se trata, sin duda, de la mayor muestra de planetas errantes en una sola asociación y casi duplica el número de planetas errantes conocidos hasta la fecha en todo el cielo. Este número excede claramente el número de planetas errantes esperado si estos se forman como estrellas a partir del colapso de una pequeña nube molecular, lo que indica que deben estar en juego otros mecanismos.

El número de planetas errantes encontrado excede el esperado si estos se forman como estrellas a partir del colapso de una pequeña nube molecular, lo que indica que deben estar en juego otros mecanismos

Con el conocimiento actual de los sistemas exoplanetarios (frecuencia, configuración, dinámica), estimamos que la eyección dinámica de los sistemas planetarios es un mecanismo importante en su formación.

Núria Miret Roig, primer autora del artículo, afirma que el descubrimiento de esta gran población de planetas errantes jóvenes también tiene importantes implicaciones en la formación y evolución temprana de los sistemas planetarios y, específicamente, en la escala de tiempo de los procesos involucrados.

Las observaciones sugieren que los gigantes gaseosos en sistemas planetarios deben formarse y volverse dinámicamente inestables dentro del tiempo de vida observado en la región de 3-10 millones de años para contribuir a la población de planetas errantes.

Los estudios actuales indican que la inestabilidad entre los planetas gigantes de nuestro sistema solar también puede haber ocurrido en épocas tempranas, aunque fue mucho menos violenta que la inestabilidad necesaria para expulsar planetas tan masivos como los que hemos encontrado.

Los planetas errantes que se han identificado, según Hervé Bouy, responsable del proyecto europeo que ha financiado este trabajo, son también excelentes objetos para hacer estudios de seguimiento. Por ejemplo, para estudiar las atmósferas planetarias en ausencia de una estrella anfitriona que los oculte, lo que sería interesante para comparar con las atmósferas de planetas que orbitan estrellas.

Podría haber varios miles de millones de planetas tipo Júpiter vagando por la Vía Láctea sin una estrella anfitriona

Además, el estudio de las propiedades binarias y de los discos circumplanetarios alrededor de estos objetos de estos arrojará más luz sobre su proceso de formación, según los investigadores.

Suponiendo que la fracción de planetas errantes medido en Upper Scorpius sea similar a la de otras regiones de formación estelar, podría haber varios miles de millones de planetas tipo Júpiter vagando por la Vía Láctea sin una estrella anfitriona. Este número sería aún mayor para los planetas con masa similar a la Tierra, ya que se sabe que son más comunes que los planetas masivos.

Nuevas observaciones con el James Webb

Esta semana está previsto el lanzamiento del telescopio espacial James Webb, en el que el CAB también participa. David Barrado, responsable en INTA de uno de sus instrumentos (MIRI) y coordinador del subprograma de tiempo garantizado dedicado a este tipo de objetos, enfatiza que los nuevos FFP pueden ser objetivos perfectos para este nuevo observatorio, “ya que nos permitirán una comprensión detallada de los fenómenos que acontecen en sus atmósferas”.

Referencia:

N. Roig y col. “Una rica población de planetas que flotan libremente en la asociación estelar joven Upper Scorpius”. Nature Astronomy, 2021.

Esta investigación forma parte del programa del ERC Consolidator COSMIC-DANCE dirigido por H. Bouy (Univ. de Burdeos) y es el principal resultado de la tesis doctoral de N. Miret Roig, y ha sido posible gracias al uso extensivo de datos de ESO, NOAJ, NOAO, ING, VISIONS y de la misión Gaia de la ESA.

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