El descobriment d'un exoplaneta gegant planteja un trencaclosques als astrofísics

El descobriment d'un sistema solar situat a uns 30 anys llum de la Terra desafia la teoria més acceptada sobre la formació de planetes gegants i gasosos. L'estudi, liderat per Juan Carlos Morales, de l'Institut de Ciències de l'Espai (CSIC) i l'Institut d'Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), es publica a la revista Science.

Els autors, un ampli equip internacional, han descobert un planeta amb una massa equivalent a la meitat de la de Júpiter en un lloc on era improbable que hi fos: al voltant d'una estrella del tipus nana vermella. Es troba al voltant de GJ 3512, un estel gairebé idèntic a Proxima Centauri -la més propera a la Terra. Tant aquesta com els estels Teegarden i TRAPPIST-1 tenen, al seu voltant, planetes de mides semblants a la Terra, però no gegants gasosos.

Les nanes vermelles de tipus M, com GJ 3512, es troben entre els estels més petits i freds i són, de llarg, els més usuals a la Via Làctia. Tot i això, dels vora 4.000 exoplanetes que s'han descobert fins ara, només n'hi ha al voltant d'un 10% que orbitin aquests estels. I encara és més estrany que al seu voltant hi hagi gegants gasosos com Júpiter.
 

Inclòs en l'estudi per casualitat

Per això, l'equip internacional que buscava nous exoplanetes no havia inclòs aquest estel, perquè el trobava massa feble. Però tal com explica Ignasi Ribas, director de l'IEEC i coautor de l'article, el van estudiar gairebé per casualitat:

"Ens vam adonar que no teníem suficients estels petits a la mostra i, a l'últim minut, n'hi vam afegir alguns. Vam tenir la sort de fer-ho perquè altrament mai hauríem fet aquest descobriment".

Per buscar els exoplanetes, els investigadors van utilitzar l'instrument CARMENES, construït en col·laboració amb 11 institucions de recerca espanyoles i alemanyes, i està operat per l'Observatori de Calar Alto, a Almeria. Va ser dissenyat per fer servir de manera òptima totes les longituds d'ona de la llum en què els nans vermells són més brillants.

I CARMENES els va fer sospitar, com explica Juan Carlos Morales:

"L'estel va mostrar molt aviat un comportament força estrany. La seva velocitat canviava molt ràpidament i de manera equivalent en els dos canals de l'instrument, cosa que indicava la presència d'un company massiu, una característica molt anòmala per a un nan vermell".

La sorpresa es va confirmar quan van detectar la presència del planeta gegant ara anomenat GJ 5312b, que tenia una òrbita excèntrica de 204 dies. I la confirmació va arribar en bona part gràcies al telescopi Joan Oró, de l'IEEC, a l'Observatori Astronòmic del Montsec, com explica Enrique Herrero, coautor de l'article i investigador de l'IEEC encarregat de les observacions amb aquest instrument:

"Va permetre derivar el període de rotació del sistema, que és de 87 dies. Aquesta és una dada important per confirmar que el senyal està causat per un planeta i no per l'activitat estel·lar, així com per estimar l'edat del sistema".

Amb tants exoplanetes descoberts en els darrers anys, el fet en si no sorprèn, però sí en aquest cas concret, com comenta  Greg Laughlin, de la Universitat Yale, en un article publicat en el mateix número de Science:

"Un exoplaneta acabat de descobrir ja no és, per ell mateix, mereixedor d'una nota. Però un que desafia les teories actuals sobre la formació de planetes pot animar els astrònoms".

Els investigadors continuen observant l'estel per confirmar l'existència d'un segon objecte, possiblement un planeta similar a Neptú, amb un període orbital més llarg. A més, els científics no han descartat la presència de planetes terrestres en òrbites temperades al voltant de GJ 3512. 
 

Tot això no encaixa amb la teoria més acceptada sobre la formació de planetes, anomenada "model d'acreció del nucli". Aquesta teoria assumeix que els planetes es formen en dues fases. Primer, es creen nuclis rocosos, de la mida d'unes poques masses terrestres, en el disc protoplanetari. Després, quan s'arriba a una massa crítica, comencen a acumular i retenir grans quantitats de gas fins que assoleixen la mida de Júpiter o més.
 

Un model alternatiu

Aquest model hauria de poder explicar, segons els astrofísics, com han sorgit sistemes planetaris al voltant d'estels com el nostre Sol, però també al voltant d'estels més petits, com en aquest cas. Com que els estels de massa baixa tenen discos lleugers, també hi hauria menys material per a formar planetes. Si aquí es va formar un gegant gasós, o bé el disc original era anormalment dens o bé el model d'acreció de massa no es pot aplicar en aquest cas.

Hi ha un model alternatiu anomenat "d'inestabilitat del disc", segons el qual alguns, o potser tots, els planetes gegants gasosos poden formar-se directament a partir de l'acumulació, degut a la gravetat, de gas i pols. No caldria, així, un nucli rocós inicial. 

Aquest model ha estat majoritàriament ignorat, perquè no explica tendències observades a la població de planetes gegants gasosos. Això ara podria canviar, gràcies a l'observació acurada de l'estel GJ 3512 i a la sorpresa que ha donat als astrònoms.

Entre els signants de l'article també hi ha Guillem Anglada-Escudé, de la Universitat Queen Mary de Londres, que ha descobert diversos exoplanetes. És l'autor d'aquest vídeo que representa artísticament les òrbites dels planete al voltant de l'estel GJ 3512. (crèdit: Guillem Anglada-Escude-IEEC/Science Wave, SpaceEngine.org)