Descubierto un planeta gigante tan ligero como el algodón de azúcar

Un equipo internacional, coliderado por el investigador del IAA-CSIC Francisco J. Pozuelos, ha descubierto un planeta extraordinariamente ligero en órbita alrededor de una estrella distante de nuestra galaxia. Este descubrimiento, publicado este martes en la revista Nature Astronomy, desafía el entendimiento sobre la formación de planetas gigantes y ultraligeros.

El nuevo planeta, denominado WASP-193b, es un 50% más grande que Júpiter, pero su densidad es aproximadamente 25 veces menor, un valor extremadamente bajo que sugiere que el planeta es tan etéreo como el algodón de azúcar.

Un planeta que no debería existir

WASP-193b es el segundo planeta más ligero descubierto hasta la fecha, solo superado por Kepler 51d, un planeta de tamaño similar a Neptuno. Las dimensiones del planeta recién descubierto, combinadas con su densidad extremadamente baja, hacen de WASP-193b una auténtica rareza entre los más de 5.000 exoplanetas descubiertos hasta la fecha.

"Este tipo de planetas gigantes extremadamente ligeros son muy raros de encontrar", afirma Julien de Wit, coautor del estudio y profesor adjunto del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT. "Este es un caso extremo de una clase de planetas que se denominan Júpiter 'hinchados' o 'esponjosos'. Los conocemos desde hace quince años, pero siguen siendo un auténtico misterio".

"Este planeta desafía todas nuestras actuales teorías de formación planetaria", añade el autor del estudio Francisco J. Pozuelos, astrónomo del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC). "No podemos explicar cómo se formó este planeta. Necesitamos observaciones detalladas de su atmósfera para poder entender su evolución".

Demasiado ligero

El nuevo planeta fue descubierto por WASP (Wide Angle Search for Planets), una colaboración internacional que opera conjuntamente dos observatorios robóticos en ambos hemisferios. Cada observatorio emplea un conjunto de cámaras de gran campo para medir el brillo de miles de estrellas individuales en todo el cielo.

A partir de observaciones obtenidas entre 2006 y 2008, y posteriormente entre 2011 y 2012, el observatorio WAPS-Sur detectó disminuciones periódicas en el brillo de WASP-193, una estrella similar al Sol situada a unos 1200 años-luz de la Tierra. El análisis de estos tránsitos periódicos fue consistente con el paso de un gigantesco "súper-Júpiter" por delante de la estrella cada 6,25 días.

Para calcular la masa del planeta, así como su densidad y posible composición, el equipo empleó el método de las velocidades radiales. Esta técnica analiza las pequeñas oscilaciones en el movimiento de la estrella debido a la atracción de un planeta que orbita a su alrededor. Estas variaciones se reflejan en desplazamientos en la longitud de onda del espectro de la estrella. Cuanto más masivo sea el planeta, mayor será el desplazamiento observado en el espectro de la estrella.

En el caso de WASP-193b, se analizaron espectros de alta resolución de la estrella obtenidos por los espectrógrafos HARPS y CORALIE, ubicados en el observatorio de La Silla, Chile. La sorpresa fue que apenas se detectaron cambios significativos en la velocidad radial de la estrella. "Lo alucinante es que, a pesar de su descomunal tamaño, este planeta es tan ligero que apenas ejerce una atracción detectable sobre su estrella", explica Pozuelos.

"Nos llevó casi cuatro años recopilar todos los datos necesarios para obtener la masa de WASP-193b", explica Khalid Barkaoui, postdoctorado en el MIT, la Universidad de Lieja y el Instituto de Astrofísica de Canarias, y co-líder del estudio junto con Pozuelos.

"Al principio, las densidades que obteníamos eran tan extraordinariamente bajas que nos costaba creerlas", comenta Pozuelos. "Por ello, repetimos el proceso completo de análisis de datos varias veces, empleando diferentes códigos y metodologías, para asegurarnos de que era la densidad real del planeta, por muy inusual que pareciera".

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Como algodón de azúcar

Los cálculos confirman que WASP-193b tiene una masa aproximada de 0,14 veces la de Júpiter y una densidad de 0,059 gramos por centímetro cúbico, considerablemente más baja que la de Júpiter y la Tierra, pero similar a los 0,05 gramos por centímetro cúbico del algodón de azúcar.

"El planeta es tan ligero que resulta difícil imaginar un material análogo en estado sólido," afirma Julien De Wit, del Massachusetts Institute of Technology. "La razón por la que se asemeja al algodón de azúcar es porque ambos son prácticamente aire. El planeta es básicamente súper esponjoso".

"El siguiente paso, para el cual nos estamos coordinando con diferentes equipos internacionales, es estudiar la atmósfera de la manera más detallada posible. Para ello vamos a necesitar telescopios de última generación", detalla Pozuelo. Proseguir con este camino será fundamental para "determinar que elementos químicos dominan su atmósfera". El integrante del IAA-CSIC valora que WASP-193b presenta "mejores condiciones para poder ser estudiado en más profundidad" respecto a otros planetas ultra ligeros. "Esto lo convierte en un candidato óptimo para revelar que mecanismos físicos entran en juego durante la formación planetaria y que ahora mismo desconocemos por completo", agrega.

Según los autores, es posible que WASP-193b tenga una atmósfera predominantemente compuesta de hidrógeno y helio, varias decenas de miles de kilómetros más extensa que la atmósfera de Júpiter. En la actualidad, ningún modelo de formación planetaria puede explicar un planeta con una atmósfera de estas proporciones.

"WASP-193b es un gran misterio", expresa Pozuelos. "De los pocos planetas ultraligeros conocidos, este el mejor candidato para ser estudiado por el telescopio espacial James Webb y comprender finalmente cómo puede llegar a formarse un planeta tan liviano como el algodón de azúcar", concluye.