Los astrónomos han descubierto un enorme planeta de baja densidad llamado WASP-193b, que es un 50% más grande que la Tierra. Júpiter pero tiene una densidad similar al algodón de azúcar. Este descubrimiento desafía las teorías actuales sobre la formación planetaria, ya que los científicos no pueden explicar cómo se pudo formar un planeta así.

Los astrónomos han descubierto un planeta enorme y esponjoso que orbita una estrella distante en nuestro Vía Láctea Galaxia. El descubrimiento, informado el 14 de mayo en la revista Naturaleza Astronomía por investigadores de MITLa Universidad de Lieja en Bélgica y otros lugares es una clave prometedora para el misterio de cómo se forman estos planetas gigantes y superligeros.

El nuevo planeta, llamado WASP-193b, parece ser más pequeño que el tamaño de Júpiter pero tiene una fracción de su densidad. Los científicos han descubierto que el gigante gaseoso es un 50% más grande que Júpiter y alrededor de una décima parte de su densidad, una densidad extremadamente baja, comparable a la del algodón de azúcar.

WASP-193b es el segundo planeta más ligero descubierto hasta la fecha, después del más pequeño, Neptunosimilar al mundo, Kepler 51d. El tamaño mucho mayor del nuevo planeta, combinado con su densidad superligera, hacen de WASP-193b una rareza entre los más de 5.400 planetas descubiertos hasta ahora.

«Encontrar estos objetos gigantes con una densidad tan baja es muy, muy raro», afirma Khalid Barkaoui, autor principal del estudio y becario postdoctoral en el MIT. “Existe una clase de planetas llamados Júpiter hinchados, y durante 15 años ha sido un misterio qué son. Y este es un caso extremo de esta clase”.

«No sabemos dónde situar a este planeta en todas las teorías de formación que tenemos en este momento, porque es una excepción a todas ellas», añade el coautor Francisco Pozuelos, investigador principal del Instituto de Astrofísica de Andalucía en España. “No podemos explicar cómo se formó este planeta, basándonos en los modelos clásicos de evolución. Observar más de cerca su atmósfera nos permitirá encontrar un camino evolutivo para este planeta”.

Los coautores del estudio en el MIT incluyen a Julien de Wit, profesor asistente en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT, y el postdoctorado del MIT Artem Burdanov, junto con colaboradores de varias instituciones de toda Europa.

Impresión artística del sistema WASP-193b. Crédito: Universidad de Lieja

“Un giro interesante”

El nuevo planeta fue descubierto inicialmente por Wide Angle Search for Planets, o WASP, una colaboración internacional de instituciones académicas que juntas operan dos observatorios robóticos, uno en el hemisferio norte y otro en el hemisferio sur. Cada observatorio utiliza una serie de cámaras de gran angular para medir el brillo de miles de estrellas individuales en el cielo.

Em pesquisas realizadas entre 2006 e 2008, e novamente de 2011 a 2012, o observatório WASP-Sul detectou trânsitos periódicos, ou quedas de luz, de WASP-193 – uma estrela brilhante, próxima, semelhante ao Sol, localizada a 1.232 anos-luz de la tierra. Los astrónomos determinaron que las caídas periódicas en el brillo de la estrella eran consistentes con un planeta que giraba alrededor de la estrella y bloqueaba su luz cada 6,25 días. Los científicos midieron la cantidad total de luz que el planeta bloqueaba en cada tránsito, lo que les dio una estimación del tamaño gigante de súper Júpiter del planeta.

Luego, los astrónomos intentaron determinar la masa del planeta, una medida que revelaría su densidad y potencialmente también pistas sobre su composición. Para obtener una estimación de la masa, los astrónomos suelen emplear la velocidad radial, una técnica en la que los científicos analizan el espectro de una estrella, o varias longitudes de onda de luz, a medida que un planeta gira alrededor de la estrella. El espectro de una estrella puede alterarse de maneras específicas dependiendo de lo que atrae a la estrella, como un planeta en órbita. Cuanto más masivo es un planeta y más cerca está de su estrella, más puede cambiar su espectro, una distorsión que puede dar a los científicos una idea de la masa de un planeta.

Para WASP-193 b, los astrónomos obtuvieron espectros adicionales de alta resolución de la estrella de varios telescopios terrestres e intentaron utilizar la velocidad radial para calcular la masa del planeta. Pero seguían apareciendo vacíos, precisamente porque, como resultó después, el planeta era demasiado ligero para ejercer una atracción detectable sobre su estrella.

«Normalmente, los planetas grandes son muy fáciles de detectar porque generalmente son masivos y ejercen una fuerte atracción sobre su estrella», explica de Wit. “Pero lo complicado de este planeta es que, aunque era grande, enorme, su masa y densidad eran tan bajas que en realidad era muy difícil detectarlo sólo con la técnica de la velocidad radial. Fue un giro interesante”.

“[WASP-193b] Es tan ligero que se necesitaron cuatro años para recopilar datos y demostrar que hay una señal masiva, pero es muy, muy pequeña”, afirma Barkaoui.

“Al principio obtuvimos densidades extremadamente bajas, lo que al principio era muy difícil de creer”, añade Pozuelos. «Repetimos el proceso de analizar todos los datos varias veces para asegurarnos de que ésta fuera la densidad real del planeta, porque eso era muy raro».

Un mundo inflado

Al final, el equipo confirmó que el planeta era extremadamente ligero. Calcularon que su masa era aproximadamente 0,14 la de Júpiter. Y su densidad, derivada de su masa, era de unos 0,059 gramos por centímetro cúbico. Júpiter, en cambio, tiene unos 1,33 gramos por centímetro cúbico; y la Tierra es más sustancial, 5,51 gramos por centímetro cúbico. Quizás el material más cercano en densidad al nuevo planeta esponjoso es el algodón de azúcar, que tiene una densidad de aproximadamente 0,05 gramos por centímetro cúbico.

“El planeta es tan ligero que resulta difícil pensar en un material análogo, en estado sólido”, afirma Barkaoui. “La razón por la que es parecido al algodón de azúcar es porque ambos están hechos principalmente de gases ligeros y no de sólidos. El planeta es básicamente súper lindo”.

Los investigadores sospechan que el nuevo planeta está compuesto principalmente de hidrógeno y helio, como la mayoría de los otros gigantes gaseosos de la galaxia. Para WASP-193b, estos gases probablemente formen una atmósfera extremadamente inflada que se extiende decenas de miles de kilómetros más allá de la propia atmósfera de Júpiter. Exactamente cómo un planeta puede inflarse tanto mientras mantiene una densidad superligera es una pregunta que ninguna teoría existente sobre la formación de planetas puede responder todavía.

Para obtener una mejor imagen del nuevo mundo esponjoso, el equipo planea utilizar una técnica previamente desarrollada por De Wit para derivar primero ciertas propiedades de la atmósfera del planeta, como su temperatura, composición y presión a varias profundidades. Estas características luego se pueden utilizar para calcular con precisión la masa del planeta. Por ahora, el equipo ve a WASP-193b como un candidato ideal para estudios de seguimiento por parte de observatorios como el Telescopio espacial James Webb.

«Cuanto más grande es la atmósfera de un planeta, más luz puede atravesar», afirma de Wit. “Así que está claro que este planeta es uno de los mejores objetivos que tenemos para estudiar los efectos atmosféricos. Será una Piedra Rosetta para intentar resolver el misterio de los Júpiter hinchados”.

Referencia: “Una atmósfera extendida de baja densidad alrededor del planeta WASP-193 b del tamaño de Júpiter” por Khalid Barkaoui, Francisco J. Pozuelos, Coel Hellier, Barry Smalley, Louise D. Nielsen, Prajwal Niraula, Michaël Gillon, Julien de Wit, Simon Müller, Caroline Dorn, Ravit Helled, Emmanuel Jehin, Brice-Olivier Demory, Valerie Van Grootel, Abderahmane Soubkiou, Mourad Ghachoui, David. R. Anderson, Zouhair Benkhaldoun, François Bouchy, Artem Burdanov, Laetitia Delrez, Elsa Ducrot, Lionel García, Abdelhadi Jabiri, Monika Lendl, Pierre FL Maxted, Catriona A. Murray, Peter Pihlmann Pedersen, Didier Queloz, Daniel Sebastian, Oliver Turner, Stéphane Udry, Mathilde Timmermans, Amaury HMJ Triaud y Richard G. West, 14 de mayo de 2024, Naturaleza Astronomía.
DOI: 10.1038/s41550-024-02259-y

Esta investigación fue financiada, en parte, por las universidades del consorcio y el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas del Reino Unido para WASP; el Consejo Europeo de Investigación; la Federación Valonia-Bruselas; y la Fundación Heising-Simons, Colin y Leslie Masson, y Peter A. Gilman, que apoyan a Artemis y los otros telescopios SPECULOOS.