Investigadores de Penn State han descubierto un planeta inusualmente masivo, LHS 3154b, que orbita una estrella enana ultrafría. Este descubrimiento, que contradice las teorías actuales, lleva a una reevaluación de los procesos de formación de estrellas y planetas.

Según investigadores de Penn State, el descubrimiento de un planeta que es demasiado masivo para su Sol está poniendo en duda lo que se entendía anteriormente sobre la formación de planetas y sus sistemas solares.

En un artículo publicado el 30 de noviembre en la revista Ciencia, los investigadores informan del descubrimiento de un planeta con más de 13 veces la masa de la Tierra, orbitando la estrella «ultrafría» LHS 3154, que a su vez es nueve veces menos masiva que el sol. La relación de masa del planeta recién descubierto con respecto a su estrella anfitriona es más de 100 veces mayor que la de la Tierra y el Sol.

Este vídeo es una representación artística de un sistema recién descubierto, LHS 3154, que contiene un planeta mucho más masivo que su Sol de lo que predecirían los modelos actuales. Crédito: Abigail Hope Minnich

Desafiando las teorías actuales

El descubrimiento revela el planeta más masivo conocido en una órbita cercana alrededor de una estrella enana ultrafría, la estrella menos masiva y más fría del Universo. El descubrimiento va en contra de lo que predicen las teorías actuales sobre la formación de planetas alrededor de estrellas pequeñas y marca la primera vez que se ve un planeta con una masa tan alta orbitando una estrella con una masa tan baja.

«Este descubrimiento realmente muestra lo poco que sabemos sobre el universo», dijo Suvrath Mahadevan, profesor Verne M. Willaman de Astronomía y Astrofísica en Penn State y coautor del artículo. «No esperaríamos que existiera un planeta tan pesado alrededor de una estrella de tan baja masa».

Representación artística de la comparación masiva del sistema LHS 3154 y nuestra propia Tierra y Sol. Crédito: Penn State University

Formación de estrellas y planetas.

Explicó que las estrellas se forman a partir de grandes nubes de gas y polvo. Después de que se forma la estrella, el gas y el polvo permanecen como discos de material que orbitan alrededor de la estrella recién nacida, que eventualmente pueden evolucionar hasta convertirse en planetas.

«No se espera que el disco de formación de planetas alrededor de la estrella de baja masa LHS 3154 tenga suficiente masa sólida para formar este planeta», dijo Mahadevan. «Pero está ahí fuera, por lo que ahora necesitamos reexaminar nuestra comprensión de cómo se forman los planetas y las estrellas».

Los investigadores de Penn State, Suvrath Mahadevan y Megan Delamer, explican el descubrimiento de un planeta masivo orbitando una pequeña estrella. Crédito: Universidad Penn State

Descubrimiento mediante HPF

Los investigadores detectaron el enorme planeta, llamado LHS 3154b, utilizando un espectrógrafo astronómico construido en Penn State por un equipo de científicos dirigido por Mahadevan. El instrumento, llamado Habitable Zone Planet Finder o HPF, fue diseñado para detectar planetas que orbitan alrededor de las estrellas más frías fuera de nuestro sistema solar y que tienen potencial para tener agua líquida, un ingrediente clave para la vida, en sus superficies.

Detectando planetas alrededor de estrellas ultrafrías

Aunque estos planetas son muy difíciles de detectar alrededor de estrellas como nuestro Sol, la baja temperatura de las estrellas ultrafrías significa que los planetas capaces de tener agua líquida en su superficie están mucho más cerca de su estrella en relación con la Tierra y el Sol. Esta distancia más corta entre estos planetas y sus estrellas, combinadas con la baja masa de las estrellas ultrafrías, da como resultado una señal detectable que anuncia la presencia del planeta, explicó Mahadevan.

“Piensa en ello como si la estrella fuera una hoguera. Cuanto más se enfría el fuego, más cerca hay que acercarse para mantenerse caliente”, dijo Mahadevan. “Lo mismo se aplica a los planetas. Si la estrella es más fría, entonces un planeta necesitará estar más cerca de esa estrella para que esté lo suficientemente caliente como para contener agua líquida. Si un planeta tiene una órbita lo suficientemente cercana a su estrella ultrafría, podemos detectarlo observando un cambio muy sutil en el color del espectro o la luz de la estrella cuando es arrastrada por un planeta en órbita”.

Representación artística de la posible vista de LHS 3154b hacia su estrella anfitriona de baja masa. Dada su gran masa, LHS 3154b probablemente tenga una composición similar a la de Neptuno. Crédito: Estado de Pensilvania

Significado de HPF

Ubicado en el Telescopio Hobby-Eberly del Observatorio McDonald en Texas, el HPF proporciona algunas de las mediciones de mayor precisión hasta la fecha de señales infrarrojas de estrellas cercanas.

«Hacer el descubrimiento con el HPF fue aún más especial, ya que es un nuevo instrumento que diseñamos, desarrollamos y construimos desde cero con el fin de observar la población de planetas desconocidos alrededor de las estrellas de menor masa», dijo Guðmundur Stefánsson, NASA Fellow Sagan en Astrofísica en Universidad de Princeton y autor principal del artículo, quien ayudó a desarrollar el HPF y trabajó en el estudio como estudiante de posgrado en Penn State. «Ahora estamos cosechando los frutos, aprendiendo aspectos nuevos e inesperados de esta apasionante población de planetas que orbitan algunas de las estrellas más cercanas».

El instrumento ya ha producido información crítica en descubrimiento y confirmación de nuevos planetas, explicó Stefánsson, pero el descubrimiento del planeta LHS 3154b superó todas las expectativas.

Repensar las teorías de formación planetaria

«Según el trabajo de investigación actual con el HPF y otros instrumentos, un objeto como el que descubrimos probablemente sea extremadamente raro, por lo que detectarlo ha sido realmente emocionante», dijo Megan Delamer, estudiante graduada en astronomía en Penn State y coautora de el estudio. papel. «Nuestras teorías actuales sobre la formación de planetas tienen dificultades para explicar lo que estamos viendo».

En el caso del enorme planeta descubierto orbitando la estrella LHS 3154, el núcleo planetario pesado deducido de las mediciones del equipo requeriría una mayor cantidad de material sólido en el disco de formación de planetas de lo que predicen los modelos actuales, explicó Delamer. El descubrimiento también plantea dudas sobre la comprensión previa de la formación estelar, ya que la relación polvo-masa y polvo-gas del disco que rodea a estrellas como LHS 3154, cuando eran jóvenes y recién formadas, tendría que ser 10 veces mayor. . de lo observado para formar un planeta tan masivo como el que descubrió el equipo.

«Lo que descubrimos proporciona un caso de prueba extremo para todas las teorías existentes sobre la formación de planetas», dijo Mahadevan. «Es exactamente por eso que construimos el HPF, para descubrir cómo las estrellas más comunes de nuestra galaxia forman planetas y encontrar esos planetas».

Referencia: “Uno Neptuno-pasta exoplaneta en órbita cercana alrededor de una estrella de muy baja masa desafía los modelos de formación” por Guðmundur Stefánsson, Suvrath Mahadevan, Yamila Miguel, Paul Robertson, Megan Delamer, Shubham Kanodia, Caleb I. Cañas, Joshua N. Winn, Joe P. Ninan, Ryan C Terrien, Rae Holcomb, Eric B. Ford, Brianna Zawadzki, Brendan P. Bowler, Chad F. Bender, William D. Cochran, Scott Diddams, Michael Endl, Connor Fredrick, Samuel Halverson, Fred Hearty, Gary J. Hill, Andrea SJ Lin, Andrew J. Metcalf, Andrew Monson, Lawrence Ramsey, Arpita Roy, Christian Schwab, Jason T. Wright y Gregory Zeimann, 30 de noviembre de 2023. Ciencia.
DOI: 10.1126/ciencia.abo0233

Otros autores del artículo de Penn State son Eric Ford, Brianna Zawadzki, Fred Hearty, Andrea Lin, Lawrence Ramsey y Jason Wright. Otros autores del artículo son Joshua Winn de la Universidad de Princeton, Yamila Miguel de la Universidad de Leiden, Paul Robertson de la Universidad de California, Irvine, y Rae Holcomb de la Universidad de California, Shubham Kanodia de Instituto Carnegie para la CienciaCaleb Cañas del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, Joe Ninan del Instituto Tata de Investigación Fundamental de la India, Ryan Terrien del Carleton College, Brendan Bowler, William Cochran, Michael Endl y Gary Hill de la Universidad de Texas en Austin, Chad Bender de la Universidad de Arizona, Scott Diddams, Connor Fredrick y Andrew Metcalf de la Universidad de Colorado, Samuel Halverson del Laboratorio de Propulsión a Chorro del Instituto de Tecnología de California, Andrew Monson de la Universidad de Arizona, Arpita Roy de la Universidad Johns Hopkins, Christian Schwab de la Universidad Macquarie de Australia y Gregory Zeimann del Telescopio Hobby-Eberly en UT Austin.

El trabajo fue financiado por el Centro de Exoplanetas y Mundos Habitables de Penn State, el Consorcio de Subvenciones Espaciales de Pensilvania, la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, la Fundación Nacional de Ciencias y la Fundación Heising-Simons.