Las teorías sobre formación de planetas como Júpiter pueden ser incorrectas

Un nuevo estudio de datos del pasado revela que los exoplanetas con masas similares a Júpiter se formaron mucho antes de lo que se creía. Los resultados podrían llevar a los científicos a reevaluar y renovar sus teorías sobre la formación de planetas en el sistema solar y en otros lugares..

La investigación, liderada por la Universidad de Ohio State proporcionan nueva información sobre el momento de la acreción, el proceso de acumulación de una gran cantidad de gas y partículas sólidas ricas en carbono y oxígeno para formar planetas grandes, como Júpiter.

Los planetas se forman a partir de discos protoplanetarios, nubes giratorias de polvo y gas que son los ingredientes perfectos para la formación de planetas. Este nuevo estudio sugiere que la acreción se produce en una etapa temprana, cuando los discos son masivos y mucho más jóvenes de lo que los investigadores creían anteriormente.

Aunque la cantidad de exoplanetas recientemente confirmados ha seguido creciendo, los orígenes de estos mundos y los factores que influyen en su formación es un enigma que los científicos aún intentan resolver. Por ejemplo, inicialmente se pensaba que los exoplanetas similares a Júpiter tardaban entre 3 y 5 millones de años en formarse por completo; observaciones recientes sugieren ahora que, para un gigante gaseoso como Júpiter, es probable que este proceso se acerque a entre 1 y 2 millones de años.

Este descubrimiento desafía las teorías existentes de los investigadores sobre la “edad” de los discos protoplanetarios en que se formaron estos planetas, dijo Ji Wang, autor del estudio y profesor adjunto de astronomía en la Universidad Estatal de Ohio. Los resultados podrían llevar a los científicos a reevaluar y renovar sus teorías sobre la formación de planetas en el sistema solar y en otros lugares.

“Todo lo que sabemos sobre los exoplanetas se puede poner en el contexto del sistema solar y viceversa”, dijo Wang en un comunicado. “Por lo general, la formación de planetas es un esquema de abajo hacia arriba, lo que significa que comienza con objetos pequeños que se acumulan para formar un planeta más grande, pero de esa manera lleva tiempo”.

Aunque los exoplanetas se refieren a objetos planetarios que orbitan mucho más allá de los confines de nuestro sistema solar, comprender más sobre cómo se forman podría ayudar a los investigadores a obtener más información sobre la evolución del sistema solar y la Tierra primitiva, cuya formación fue mucho más tardía que la de Júpiter, pero aún así se vio muy afectada por ella.

La interpretación “de abajo hacia arriba” de la formación planetaria se denomina “teoría de la acreción del núcleo”, pero otro mecanismo de formación posible es cuando los planetas se forman a través de la inestabilidad gravitacional, cuando los cúmulos de un disco alrededor de una estrella son demasiado masivos para sostenerse a sí mismos y colapsan para formar planetas. Debido a que la historia de acreción de un planeta podría estar estrechamente vinculada a estos dos mecanismos de formación de la evolución convincentes pero complementarios, dijo Wang, es importante determinar qué proceso es el caso más frecuente.

El estudio analizó una muestra de siete exoplanetas gigantes gaseosos cuyas propiedades químicas estelares y planetarias ya habían sido medidas directamente por estudios anteriores y las comparó con datos sobre los gigantes gaseosos de nuestro sistema solar, Júpiter y Saturno.

Wang demostró que la formación temprana de estos exoplanetas es consistente con la evidencia reciente de que Júpiter se formó mucho antes de lo que se pensaba anteriormente. Este hallazgo se basa en la cantidad sorprendentemente alta de sólidos que estos exoplanetas acrecionaron.

Todos los materiales que se acumulan al principio de la formación de un planeta aumentan la metalicidad de su atmósfera y, al observar los rastros que dejan atrás, los investigadores pueden medir la cantidad de sólidos que el planeta acumuló en su día.

Cuanto mayor sea la metalicidad, más sólidos y metales (cualquier elemento de la tabla periódica con una masa mayor que el hidrógeno y el helio) pueden suponer los científicos que se acumularon durante el proceso de formación, dijo Wang.

"Podemos inferir que, en promedio, cada uno de los cinco planetas muestreados acumuló el equivalente a 50 masas terrestres en sólidos", dijo. "Una cantidad tan grande de sólidos solo se puede encontrar cuando un sistema tiene menos de 2 millones de años, pero en nuestro sistema solar, el total de sólidos disponibles es solo del orden de 30 a 50 masas terrestres".

Estos nuevos datos implican que los bloques de construcción utilizados para formar los exoplanetas estaban disponibles en una etapa anterior de la evolución del disco protoplanetario de lo que se esperaba y su disponibilidad de estos bloques de construcción disminuyó en gran medida en un lapso de millones de años. Wang dijo que, como los científicos no suelen esperar encontrar pruebas de que los planetas se formaron tan temprano, es un hallazgo que las teorías actuales probablemente tendrán dificultades para conciliar.

“Estos exoplanetas se formaron tan temprano que todavía había una gran reserva de metales disponibles”, dijo Wang. “Esto es algo para lo que la comunidad científica no estaba completamente preparada, por lo que ahora tendrán que esforzarse para encontrar nuevas teorías para explicarlo”.

Como los gigantes gaseosos absorben enormes cantidades de materia durante la acreción, su formación y migración a través del espacio también afecta el desarrollo de planetas rocosos en otras partes de un disco protoplanetario. En el sistema solar, se cree que este fenómeno provocó que Júpiter y Saturno empujaran a Mercurio fuera de su órbita original y provocó que Marte se volviera mucho más pequeño que la Tierra o Venus.