Ilustración de dos sistemas estelares jóvenes que chocan y crean una lluvia de planetas rebeldes (Crédito de la imagen: Robert Lea, creado con Canva).
¿Son estrellas? ¿Son planetas? ¿O ninguna de las dos cosas? Algunos objetos de masa planetaria errantes que vagan solos por el cosmos podrían crearse cuando chocan sistemas estelares jóvenes, lo que significa que representan toda una clase cósmica propia.
Los objetos de masa planetaria que flotan libremente son cuerpos con unas 13 veces la masa de Júpiter que se encuentran a menudo a la deriva en cúmulos estelares jóvenes, como el Cúmulo del Trapecio en Orión. Sus orígenes plantearon un enigma particular en 2023, cuando los astrónomos descubrieron 40 pares de objetos de masa planetaria llamados Objetos Binarios Júpiter-Masa, u JuMBO, en la nebulosa de Orión.
Con masas inferiores a las de las estrellas más pequeñas pero superiores a las de los planetas más masivos, la gran pregunta ha sido: ¿Estos cuerpos se forman como estrellas o como planetas? Sin embargo, el problema es que ninguno de los dos orígenes puede explicar la naturaleza binaria de los JuMBO o, de hecho, la sobreabundancia de objetos de masa planetaria que flotan libremente en general.
«Los objetos de masa planetaria no encajan perfectamente en las categorías existentes de estrellas o planetas», afirmó en un comunicado Deng Hongping, del Observatorio Astronómico de Shangai de la Academia China de Ciencias. «Nuestras simulaciones muestran que probablemente se formen a través de un proceso completamente diferente, relacionado con la dinámica caótica de los cúmulos estelares jóvenes». La nueva investigación ha demostrado que estos huérfanos cósmicos podrían forjarse cuando las nubes aplanadas de gas y polvo denominadas “discos circunestelares” que rodean a las estrellas jóvenes interactúan violentamente. Esta interacción violenta podría producirse cuando las estrellas jóvenes se agrupan.
¿Planetas rebeldes, estrellas fallidas u otra cosa?
Anteriormente, los científicos teorizaban que los objetos de masa planetaria que flotan libremente son simplemente planetas rebeldes, expulsados de sus sistemas estelares de origen a través de interacciones con estrellas que pasan o luchas gravitacionales con sus propios planetas hermanos.
Sin embargo, la existencia de parejas de JuMBO ha puesto en tela de juicio esta idea.
Esto se debe a que es difícil explicar cómo un acontecimiento puede ser tan violento como para expulsar un planeta de su sistema estelar a gran velocidad sin separarlo de su pareja binaria.
Si bien es concebible que algún evento extraño pudiera causar esto, la detección de 40 pares de JuMBOs en una nebulosa sugiere que lo que sea que los creó es más común que un evento único.
Dos JuMBOs son expulsados de su sistema estelar, pero permanecen unidos. (Crédito de la imagen: Robert Lea (creado con Canva))Otra «identidad secreta» sugerida para los objetos de masa planetaria que flotan libremente son las enanas marrones. Se cree que estos objetos se forman como estrellas cuando se colapsan densas manchas en vastas nubes de gas y polvo.
Sin embargo, mientras que las estrellas acumulan masa a partir de sus envolturas prenatales de gas y polvo hasta que la presión y la temperatura en sus núcleos son suficientes para desencadenar la fusión de hidrógeno en helio, el proceso nuclear que define lo que es una estrella, las enanas marrones no consiguen acumular suficiente masa para desencadenar dicho proceso. Esto deja a estas «estrellas fallidas» con masas entre 13 y 75 veces la de Júpiter (entre 0,013 y 0,075 veces la masa del Sol).
Además, la probabilidad de encontrar estrellas con parejas binarias disminuye rápidamente a medida que desciende su masa. Así, mientras que el 75% de las estrellas masivas tienen una compañera, sólo alrededor del 50% de las estrellas con masas como la del Sol se encuentran en binarias. Este porcentaje de estrellas binarias desciende hasta casi cero en el caso de las estrellas más pequeñas, por lo que, al tratarse de cuerpos estelares con masas aún más pequeñas, debería haber muy pocas probabilidades de encontrar enanas marrones en sistemas binarios.Así pues, si los objetos de masa planetaria que flotan libremente son realmente enanas marrones, el gran número de ellos que se ven como sistemas binarios es difícil de explicar.
Una ilustración muestra una estrella que desenvuelve violentamente dos núcleos estelares para crear un par de JuMBOs. (Crédito de la imagen: Robert Lea)
Para llegar al fondo de este misterio, Deng y sus colegas realizaron una simulación hidrodinámica de alta resolución de encuentros cercanos entre dos discos circunestelares alrededor de estrellas infantiles.
El equipo descubrió que cuando estos discos chocan a velocidades de entre 7.242 y 10.783 kilómetros por hora (entre 4.500 y 6.700 millas por hora), a separaciones de entre 300 y 400 veces la distancia entre la Tierra y el Sol, se forma un «puente de marea» de gas y polvo.
Imagen de una simulación que muestra el choque de colas de marea entre sistemas estelares jóvenes. (Crédito de la imagen: Deng Hongping)
Estos puentes de marea colapsan para crear densos filamentos de gas que se rompen para formar «semillas» de objetos de masa planetaria, explica el equipo, con masas unas 10 veces la de Júpiter.
Las simulaciones revelaron que alrededor del 14% de estos cuerpos se forman en parejas o tripletes con separaciones de entre siete y 15 veces la distancia entre el Sol y la Tierra.
Esto explicaría la abundancia de JuMBO en Orión.
Los resultados del equipo están respaldados por el hecho de que se sabe que los encuentros de discos entre estrellas son comunes en entornos estelares densos como el del Cúmulo del Trapecio. Eso significa que estas regiones podrían generar cientos de objetos de masa planetaria, lo que explicaría sus abundantes poblaciones en el cosmos.
«Este descubrimiento reconfigura en parte nuestra forma de ver la diversidad cósmica», afirma Lucio Mayer, de la Universidad de Zúrich y miembro del equipo. «Los objetos de masa planetaria pueden representar una tercera clase de objetos, nacidos no de la materia prima de las nubes de formación estelar o mediante procesos de construcción de planetas, sino más bien del caos gravitatorio de las colisiones de discos»
La investigación del equipo se publicó el 26 de febrero en la revista Science Advances.
