El misterio de los JuMBOs, los mundos errantes que desafían las teorías astronómicas

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Enric Palle, Instituto de Astrofísica de Canarias

De los granos de polvo a los planetas

La gran variedad de exoplanetas descubiertos sugiere que sus mecanismos de formación pueden variar significativamente. La teoría más aceptada es que surgen en discos protoplanetarios que rodean a las estrellas durante su formación, compuestos principalmente de gas y polvo.

La mayoría de modelos sugieren que los granos de polvo en el disco se unen y crecen mediante colisiones, formando pequeños núcleos planetarios. Una vez formados, estos gérmenes de nuevos mundos comienzan a acumular gas y polvo del disco, a medida que orbitan la estrella, hasta formar un planeta. En particular, la acreción de grandes cantidades de gas es fundamental para la formación de gigantes gaseosos como Júpiter.

Otros modelos sugieren que también es posible que se produzca una fragmentación de los discos protoplanetarios y que estos pedazos puedan colapsar directamente en planetas.

Además, independientemente de su mecanismo de formación, los planetas pueden experimentar una migración en sus órbitas debido a interacciones gravitatorias con otros planetas o con el disco protoplanetario. Este desplazamiento puede influir en la arquitectura final del sistema, e incluso dar lugar a la expulsión de uno o varios planetas, que se liberan de la atracción gravitatoria de su estrella y se convierten en objetos que vagan libremente por el espacio interestelar. Son los llamados objetos flotantes de masa planetaria (o PMO, por sus siglas en inglés).

Objetivo: el Cúmulo del Trapecio

Los objetos subestelares (que no llegan a convertirse en estrella) por debajo del límite de la fusión del hidrógeno y del deuterio (unas 13 veces la masa de Júpiter) nunca generan reacciones nucleares y se enfrían rápidamente, volviéndose más tenues a medida que envejecen. Sin embargo, cuando son jóvenes, siguen siendo relativamente luminosas y fáciles de detectar a medida que liberan energía gravitatoria mientras se contraen.

Por esta razón, las regiones cercanas a la Tierra donde se forman estrellas ofrecen la mejor oportunidad para identificar PMO. Dada su densidad de población, su corta edad y proximidad al Sol, el Cúmulo del Trapecio (en el centro de la Nebulosa de Orión) proporciona un laboratorio ideal para estudiar el nacimiento de estrellas y planetas.

Telescopios como el Hubble han permitido a los astrónomos estudiar el origen y la formación de los PMO, así como la composición y propiedades de sus atmósferas. Al estudiar su ubicación en el espacio y su relación con estrellas y otros objetos, los astrónomos pueden obtener pistas sobre cómo se formaron. Hasta hace poco, los PMO más modestos tenían entre 3 y 5 veces la masa de Júpiter, cerca del límite mínimo de masa teórico para poder explicar su formación por el mecanismo de fragmentación y colapso de nubes de gas y polvo (es decir, el mismo mecanismo por el que se forman las estrellas).

El descubrimiento de los JuMBOs

Ahora, la enorme capacidad de detección del Telescopio Espacial James Webb ha revolucionado la capacidad de investigar estos objetos. En un proyecto de cartografiado de la Nebulosa de Orión y el Cúmulo del Trapecio, astrónomos de la ESA han descubierto 540 nuevos PMO. Sus masas más pequeñas equivalen a la mitad de la de Júpiter, lo que hace muy difícil explicar como pueden formarse objetos aislados tan poco masivos.

Más interesante aún es el hecho de que el 9 % de estos cuerpos celestes, bautizados como JuMBOs (objetos binarios de masa parecida a Júpiter, por sus siglas en inglés), son parte de sistemas binarios amplios. Es decir, están ligados gravitatoriamente entre sí.

La existencia de los JuMBOs desafía las teorías actuales tanto de la formación de estrellas como de planetas. En particular, la fracción de multiplicidad, definida como la porción de estrellas que tienen al menos un compañero, tiende a disminuir con la masa. Es decir, las estrellas más masivas se forman mucho más a menudo en sistemas binarios o múltiples que las menos masivas. Sin embargo, parece que esta tendencia se ve inesperadamente invertida por los JuMBOs que se encuentran en el extremo inferior del rango de masas.

¿Un nuevo mecanismo de formación?

Estas propiedades sugieren que deben entrar en juego nuevos mecanismos de formación. Si los JuMBOs surgieron mediante un proceso “similar a una estrella”, por el colapso gravitatorio de una nube de gas y polvo, entonces debe haber algún procedimiento físico todavía sin identificar que fomente la creación de objetos de masas tan bajas.

Pero quizás nacieron a través de un proceso “similar a un planeta”, en un disco situado en torno a una estrella anfitriona, y fueron expulsados violentamente. Estos eventos pueden ser causados por interacciones dinámicas entre estrellas, relativamente comunes en regiones densas de formación estelar como el Cúmulo del Trapecio. Sin embargo, como esos planetas jóvenes pueden ser expulsados a pares y permanecer gravitatoriamente ligados, sigue siendo difícil de explicar por los modelos teóricos de los que disponemos.

Entender la cantidad y distribución de PMO y JuMBOs que el telescopio James Webb ha observado en el Cúmulo del Trapecio plantea un nuevo misterio, que parece sugerir la posibilidad de una mezcla de varios escenarios. O quizás incluso requiera la existencia de un nuevo mecanismo de formación de planetas.

Enric Palle, Profesor de Investigación del IAC - Exoplanetas y Astrobiología, Instituto de Astrofísica de Canarias

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.