La teoria establerta indica que les estrelles petites no compten amb planetes gegants gasosos La troballa qüestiona el model que explica la formació dels planetes gegants a partir de l'acumulació de gas al voltant d'un nucli rocós. El planeta podria haver-se format per la ruptura del disc protoplanetari al voltant de l'estrella.
Un equip internacional d'investigadors ha detectat un exoplaneta gegant al voltant d'una estrella nana vermella, i indicis d'un altre, en una troballa que posa en qüestió els models sobre la formació de sistemes planetaris. Fins ara es creia que els planetes gegants gasosos es formen a partir d'un nucli sòlid que va acumulant gas, però la nova troballa suggereix que aquests planetes es formen després de la ruptura en fragments del disc protoplanetari que envolta a l'estrella. El descobriment ha estat liderat per científics del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) i l'Institut de Ciències Espacials de Catalunya (IEEC) i es publica a la revista Science.
"Aquest descobriment va ser sorprenent. Els models de formació planetària ens indiquen que les estrelles petites típicament alberguen planetes petits, com masses com les de la Terra o Neptú. Ara hem descobert un planeta similar a Júpiter orbitant una estrella molt petita, que tan sols té poc més d'un 10% de la massa del Sol", explica Juan Carlos Morales, científic de l'Institut de Ciències de l'Espai (ICE-CSIC) i de l’IEEC, que ha liderat l'estudi. El descobriment s'ha realitzat amb l'instrument Carmenes, que opera des de l'Observatori de Calar Alto (Almeria) i que colidera l'Institut d'Astrofísica d'Andalusia (IAA-CSIC).
L'exoplaneta gegant ara detectat orbita al voltant de l'estrella nana vermella GJ 3512, que és gairebé idèntica a l'estrella Pròxima Centauri i similar a l'Estrella de Teegarden i Trappist-1. Aquestes tres alberguen planetes similars a la Terra, en òrbites temperades i compactes. Però cap d'aquestes estrelles disposa de planetes gegants gasosos, com sí succeeix amb la nana vermella GJ 3512, que forma així un sistema planetari anòmal: una estrella petita amb un planeta gegant.
"Estimem que l'estrella central d'aquest sistema és només un 40% més gran que el planeta. En comparació, el Sol és unes 10 vegades més gran que Júpiter", afegeix Morales.
La teoria establerta (coneguda com a model d'acumulació de nuclis) sosté que planetes gasosos gegants com Júpiter i Saturn, o altres similars en sistemes diferents, es formen a partir de nuclis rocosos d'unes poques masses terrestres dins del disc protoplanetari que envolta l'estrella. Quan arriben a una massa crítica, aquests nuclis comencen a acumular grans quantitats de gas fins que arriben a la massa dels planetes gegants.
No obstant això, aquest model no serveix per GJ3512. Les estrelles nanes mostren discos de baixa massa, de manera que la quantitat de material disponible al disc per formar planetes també es redueix significativament. La presència d'un gegant gasós al voltant d'un estel de baixa massa indica que el disc original era anormalment massiu, o que el model dominant no s'aplica en aquest cas, segons expliquen els investigadors.
Un model alternatiu
Per trobar una explicació a aquest anòmal sistema, el consorci Carmenes ha treballat en estreta col·laboració amb grups de centres com a Institut Max Planck d'Astronomia (Alemanya), la Universitat de Berna (Suïssa) i l'Observatori de Lund (Suècia), líders mundials en l'estudi de formació de planetes. "Però després de múltiples simulacions i llargues discussions, vam concloure que els nostres models més actualitzats mai podrien explicar la formació d'un sol planeta gegant, i molt menys de dos», explica Alexander Mustill, investigador de l'Observatori de Lund.
Així, es va reprendre un altre possible escenari, el model d'inestabilitat gravitacional de disc, que defensa que els gegants gasosos poden formar-se directament a partir de l'acumulació de gas i pols en el disc protoplanetari en lloc de requerir un nucli "llavor".
"Únicament podem explicar aquest sistema planetari si recorrem a un model de formació en què el planeta es forma ràpidament al col·lapsar una zona densa i inestable del disc protoplanetari", afegeix Morales. Un model que, fins ara, només era compatible amb un grup reduït de planetes joves, calentes i molt massius situats a grans distàncies de la seva estrella amfitriona.
La troballa al voltant de GJ3512 constitueix el primer candidat de fragmentació de disc al voltant d'un estel de baixa massa, i també el primer a ser descobert per mesuraments de velocitat radial. "Aquest descobriment prova que el model de fragmentació planetària per inestabilitat gravitacional pot ser més eficient del que es pensava", conclou Morales.
Un instrument de precisió en l'infraroig
"Amb aquest descobriment, Carmenes aconsegueix la primera detecció d'un exoplaneta utilitzant un instrument de precisió en l'infraroig de nova generació. Veiem així que el braç infraroig de Carmenes, desenvolupat en IAA-CSIC, ha complert els seus exigents requeriments i mostra un nivell d'eficàcia molt alt ", apunta Pedro J. Amado (IAA-CSIC), co-investigador principal de Carmenes i participant en la troballa.
Carmenes empra la tècnica de velocitat radial, que busca diminutes oscil·lacions en el moviment de les estrelles generades per l'atracció dels planetes que giren al seu voltant. I ho fa al voltant d'estrelles nanes vermelles, més petites que el Sol, que ofereixen les condicions per a l'existència d'aigua líquida en òrbites properes i en les quals, a diferència de les de tipus solar, poden detectar-les oscil·lacions produïdes per planetes similars al nostre amb la tecnologia actual.
El consorci Carmenes continua observant l'estrella per confirmar l'existència d'un segon objecte, possiblement un planeta similar a Neptú, amb un període orbital més llarg. A més, els científics no han descartat la presència de planetes terrestres en òrbites temperades al voltant de GJ 3512. Més dades diran si es tracta finalment d'un sistema equivalent al nostre sistema solar a petita escala.
J. C. Morales et al. A giant exoplanet orbiting a very-low-mass star challenges planet formation models. Science. DOI: 10.1126/science.aax3198
Mercè Fernández/Silbia López de Lacalle/Abel Grau CSIC Comunicación