¿Por qué las estrellas masivas tienen planetas gigantes?

Durante las últimas décadas se han detectado más de 4 000 planetas alrededor de otras estrellas y empezamos a tener datos suficientes como para encontrar las tendencias que siguen los cuerpos celestes de otros sistemas solares. Una de esas tendencias es que las estrellas más masivas tienden a tener sistemas solares en los que los planetas tienen un diámetro mayor… Y eso no tendría por qué ser necesariamente así a primera vista.

Formación planetaria

En esta sección hemos explicado otras veces que las estrellas se forman a partir del colapso de grandes nubes de gas y polvo interestelar. A medida que la estrella toma forma en el centro del sistema solar, el gas y el polvo del disco que la rodea se aglomeran y producen «grumos» de material que, a su vez, atraen aún más gas y polvo y lo incorporan a su masa. Al cabo de unos cientos de miles o millones de años, esos «grumos» habrán crecido lo suficiente como para ser considerados planetas.

Este proceso da lugar a tres tipos de planetas. Los que se forman más cerca de la estrella suelen ser mundos rocosos desprovistos de muchos compuestos volátiles y con un diámetro que no muy superior al de la Tierra. Otros planetas más alejados de la estrella consiguen retener cantidades considerables de hidrógeno y helio durante su formación, además de conservar un núcleo rocoso grande. Estos son los llamados gigantes de hielo. Por último, los planetas gigantes gaseosos son aquellos que retienen tanto hidrógeno y helio que acaban rodeados de una atmósfera tan grande y densa que su núcleo rocoso representa una parte minúscula de su masa.

Nos podemos hacer una idea del rango de tamaños que abarca cada tipo de planeta mirando nuestro propio sistema solar. La Tierra es un mundo rocoso de 12 756 kilómetros de diámetro, mientras que Urano, un gigante de hielo, es 4 veces más grande y 8 veces más masivo que nuestro planeta. En cambio, el gigante gaseoso Júpiter mide casi 140 000 kilómetros de diámetro y su masa es casi 320 veces superior a la de la Tierra.

Teniendo esto en cuenta, un estudio buscado en la base de datos de exoplanetas de la NASA los que tienen radios y masas hasta 8 y 20 veces superiores a los de la Tierra, respectivamente. Es decir: se trata principalmente de mundos en el rango de masas de los planetas rocosos y los gigantes de hielo. El análisis de esos datos ha revelado que las estrellas más masivas tienden a ser orbitadas por planetas con un diámetro mayor. Pero, ¿por qué iba a ser así? Los autores del estudio han evaluado tres posibles explicaciones.

Oportunidades de crecimiento

Como las estrellas más masivas también están más calientes, una posibilidad es que los gigantes de hielo que orbitan a su alrededor tengan atmósferas más «hinchadas». Al fin y al cabo, los gases se expanden cuando su temperatura aumenta. Un planeta «hinchado» tendría una densidad menor que un mundo con una masa similar, así que los autores han comprobado si existen diferencias de densidad significativas entre los planetas de la muestra estudiada que orbitan estrellas de distintos tamaño. Sin embargo, no han observado que los planetas que dan vueltas alrededor de estrellas grandes estén anormalmente «hinchados». También existe la opción de que los planetas que orbitan estrellas masivas tengan un diámetro superior simplemente porque tienen más masa. Pero, de nuevo, no parece que esa sea la tendencia en la muestra estudiada.

La última explicación parece ser la que mejor se ajusta a los datos: los planetas que orbitan alrededor de estrellas más masivas parecen contener una fracción mayor de sustancias volátiles como el hidrógeno y el helio. Como resultado, los planetas que contienen grandes cantidades de estos gases ocuparían un mayor volumen que un planeta con la misma masa y una fracción rocosa mayor.

Este escenario encaja con los modelos de formación estelar. Las estrellas más masivas probablemente nacieron en el interior de nubes de gas y polvo mucho más grandes, así que cualquier planeta que se formase a su alrededor habría tenido la oportunidad de absorber e incorporar a su masa cantidades mayores de hidrógeno y helio, los dos elementos más abundantes en este tipo de nebulosas. De esta manera, los sistemas solares de las estrellas más masivas tenderían a tener planetas de mayor tamaño.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Las estrellas que son mucho más masivas que el Sol agotan su combustible en unos pocos millones y terminan sus vidas explotando en forma de supernova y arrasando cualquier planeta que orbite a su alrededor. Por tanto, parece poco probable que la vida avanzada tenga tiempo de evolucionar alrededor de estrellas que son muy masivas.

REFERENCIAS (MLA):

• M. Lozovsky et al. “Why do more massive stars host larger planets?”. Astronomy and Astrophysics, 652 (2021).