El descubrimiento de un planeta gigante que orbita una estrella diminuta desafía las teorías sobre la formación de planetas

Fuente University of Warwick

Astrónomos de la Universidad de Warwick y del UCL han descubierto la estrella más pequeña conocida que alberga un planeta gigante en tránsito, algo que no debería existir según las principales teorías de formación planetaria.

El Planeta Inesperado

La estrella TOI-6894 es, como muchas otras de nuestra galaxia, una pequeña enana roja con solo aproximadamente el 20 % de la masa de nuestro Sol. Al igual que muchas estrellas pequeñas, no se espera que ofrezca las condiciones adecuadas para la formación y el alojamiento de un planeta grande.

Sin embargo, como se publicó hoy en Nature Astronomy, una colaboración global de astrónomos, que incluye socios en Chile, EE. UU. y Europa, ha descubierto la inconfundible señal de un planeta gigante, llamado TOI-6894b, que orbita esta diminuta estrella.

Este sistema se ha descubierto como parte de una investigación a gran escala de datos del Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS), que busca planetas gigantes alrededor de estrellas de baja masa. Esta investigación fue dirigida por el Dr. Edward Bryant, quien realizó este trabajo en la Universidad de Warwick y en el Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard del UCL.

El Dr. Edward Bryant, becario del Premio de Astrofísica Warwick y primer autor, comentó: «Este descubrimiento me emocionó mucho. Inicialmente, busqué planetas gigantes en las observaciones de TESS de más de 91 000 estrellas enanas rojas de baja masa.

Luego, utilizando observaciones realizadas con uno de los telescopios más grandes del mundo, el VLT de ESO, descubrí TOI-6894b, un planeta gigante que transita la estrella de menor masa conocida hasta la fecha que alberga un planeta de estas características. No esperábamos que planetas como TOI-6894b pudieran formarse alrededor de estrellas de esta baja masa. Este descubrimiento será fundamental para comprender los extremos de la formación de planetas gigantes».

El planeta (TOI-6894b) es un gigante gaseoso de baja densidad con un radio ligeramente mayor que el de Saturno, pero con solo aproximadamente el 50 % de su masa. La estrella (TOI-6894) es la estrella de menor masa que alberga un planeta gigante en tránsito descubierto hasta la fecha y tiene solo el 60 % del tamaño de la siguiente estrella más pequeña que alberga un planeta de este tipo.

El Dr. Daniel Bayliss, profesor asociado de la Universidad de Warwick, afirmó: «La mayoría de las estrellas de nuestra galaxia son, en realidad, estrellas pequeñas exactamente como esta, con masas bajas y que anteriormente se creía que no podían albergar planetas gigantes gaseosos. Por lo tanto, el hecho de que esta estrella albergue un planeta gigante tiene importantes implicaciones para el número total de planetas gigantes que estimamos que existen en nuestra galaxia».

Un desafío a la teoría principal

El Dr. Vincent Van Eylen, del Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard de la UCL, afirmó: «Es un descubrimiento fascinante. ¡Realmente no entendemos cómo una estrella con tan poca masa puede formar un planeta tan masivo! Este es uno de los objetivos de la búsqueda de más exoplanetas. Al encontrar sistemas planetarios diferentes de nuestro sistema solar, podemos probar nuestros modelos y comprender mejor cómo se formó nuestro propio sistema solar».

La teoría más aceptada sobre la formación de planetas se denomina teoría de acreción del núcleo. Un núcleo planetario se forma primero por acreción (acumulación gradual de material) y, a medida que aumenta su masa, finalmente atrae gases que forman una atmósfera. Posteriormente, alcanza la masa suficiente para entrar en un proceso de acreción descontrolada de gas y convertirse en un gigante gaseoso.

En esta teoría, la formación de gigantes gaseosos es más difícil alrededor de estrellas de baja masa porque la cantidad de gas y polvo en un disco protoplanetario alrededor de la estrella (la materia prima para la formación de planetas) es demasiado limitada para permitir la formación de un núcleo lo suficientemente masivo y el proceso de descontrol.

Sin embargo, la existencia de TOI-6894b (un planeta gigante que orbita una estrella de masa extremadamente baja) sugiere que este modelo no puede ser completamente preciso y se necesitan teorías alternativas.

El Dr. Edward Bryant añadió: «Dada la masa del planeta, TOI-6894b podría haberse formado mediante un proceso intermedio de acreción del núcleo, en el que se forma un protoplaneta y acrecienta gas de forma constante sin que el núcleo alcance la masa suficiente para una acreción descontrolada de gas.

Alternativamente, podría haberse formado debido a un disco gravitacionalmente inestable. En algunos casos, el disco que rodea la estrella se vuelve inestable debido a la fuerza gravitacional que ejerce sobre sí mismo. Estos discos pueden entonces fragmentarse, y el gas y el polvo colapsan para formar un planeta».

Sin embargo, el equipo descubrió que ninguna de las dos teorías podía explicar completamente la formación de TOI-6894b a partir de los datos disponibles, lo que deja el origen de este planeta gigante como una incógnita por ahora.

Respuestas Atmosféricas

Una vía para esclarecer el misterio de la formación de TOI-6894b es un análisis atmosférico detallado. Al medir la distribución de material dentro del planeta, los astrónomos pueden determinar el tamaño y la estructura de su núcleo, lo que nos indica si TOI-6894b se formó por acreción o por un disco inestable.

Esta no es la única característica interesante de la atmósfera de TOI-6894b; es inusualmente fría para un gigante gaseoso. La mayoría de los gigantes gaseosos descubiertos por los buscadores de exoplanetas son Júpiter calientes, gigantes gaseosos masivos con temperaturas de entre 1000 y 2000 Kelvin. TOI-6894b, en comparación, tiene tan solo 420 Kelvin. La baja temperatura, junto con otras características de este planeta, como los tránsitos muy profundos, lo convierte en uno de los planetas gigantes con atmósfera fría más prometedores para los astrónomos.

El profesor Amaury Triaud, de la Universidad de Birmingham, coautor y miembro de la colaboración SPECULOOS, afirmó: «Basándonos en la irradiación estelar de TOI-6894b, prevemos que la atmósfera está dominada por la química del metano, un compuesto muy difícil de identificar. Las temperaturas son lo suficientemente bajas como para que las observaciones atmosféricas incluso nos muestren amoníaco, lo que sería la primera vez que se encuentra en la atmósfera de un exoplaneta.

TOI-6894b probablemente representa un exoplaneta de referencia para el estudio de atmósferas dominadas por metano y el mejor «laboratorio» para estudiar una atmósfera planetaria que contenga carbono, nitrógeno y oxígeno fuera del Sistema Solar».

La atmósfera de TOI-6894b ya está programada para ser observada por el Telescopio Espacial James Webb (JWST) en los próximos 12 meses. Esto debería permitir a los astrónomos determinar cuál de las posibles teorías, si alguna, puede explicar la formación de este inesperado planeta.

El coautor, Dr. Andrés Jordán, investigador del Instituto Milenio de Astrofísica y profesor de la Universidad Adolfo Ibáñez, afirmó: «Este sistema supone un nuevo reto para los modelos de formación planetaria y ofrece un objetivo muy interesante para realizar observaciones de seguimiento destinadas a caracterizar su atmósfera.

Este descubrimiento es el resultado de un programa sistemático que hemos estado llevando a cabo durante varios años desde Chile y el Reino Unido. Nuestros esfuerzos nos han permitido contribuir significativamente a una mejor comprensión de la frecuencia con la que las estrellas pequeñas pueden formar planetas gigantes, y estamos proporcionando objetivos prioritarios para el seguimiento con plataformas espaciales».

Referencia

• Bryant, E.M., Jordán, A., Hartman, J.D. et al. A transiting giant planet in orbit around a 0.2-solar-mass host star. Nat Astron (2025). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02552-4