El telescopio espacial James Webb ha detectado seis posibles mundos errantes —objetos con masas similares a planetas pero que no están ligados a la gravedad de ninguna estrella—, incluyendo el más ligero jamás identificado con un disco de polvo a su alrededor.

Cúmulo de formación estelar NGC 1333, capturado por el Webb. Crédito: ESA/Webb, NASA y CSA, A. Scholz, K. Muzic, A. Langeveld, R. Jayawardhana.

Estos elusivos objetos ofrecen nuevas evidencias de que los mismos procesos cósmicos que dan origen a las estrellas podrían también jugar un papel crucial en la formación de objetos solo un poco más grandes que Júpiter.

«Estamos explorando los límites del proceso de formación estelar», comentó Adam Langeveld, astrofísico de la Universidad Johns Hopkins y autor principal del estudio. «Si tienes un objeto que se parece a un joven Júpiter, ¿es posible que, bajo las condiciones adecuadas, pudiera haberse convertido en una estrella? Este es un contexto importante para comprender tanto la formación de estrellas como de planetas».

Los hallazgos provienen de la investigación más profunda realizada por Webb en la joven nebulosa NGC 1333, un cúmulo de formación estelar situado a unos mil años luz de distancia en la constelación de Perseo. Estos resultados han sido detallados en un artículo que ha sido aceptado para su publicación en The Astronomical Journal.

Gigantes gaseosos

Los datos de Webb sugieren que los mundos descubiertos son gigantes gaseosos de entre 5 y 10 veces la masa de Júpiter. Esto los convierte en algunos de los objetos de menor masa que se han formado a partir de un proceso que generalmente produce estrellas y enanas marrones, objetos que se encuentran en la frontera entre estrellas y planetas, que nunca inician la fusión de hidrógeno y se desvanecen con el tiempo.

«Utilizamos la sensibilidad sin precedentes de Webb en longitudes de onda infrarrojas para buscar los miembros más tenues de un joven cúmulo estelar, con el objetivo de abordar una cuestión fundamental en astronomía: ¿Qué tan ligero puede ser un objeto que se forma como una estrella?», explicó Ray Jayawardhana, astrofísico y coautor del estudio en la Universidad Johns Hopkins. «Resulta que los objetos más pequeños que flotan libremente y que se forman como estrellas tienen una masa comparable con la de los gigantes exoplanetas que orbitan estrellas cercanas».

Tres de los seis objetos con masa de planeta, indicados con círculos verdes. Crédito: ESA/Webb, NASA y CSA, A. Scholz, K. Muzic, A. Langeveld, R. Jayawardhana.

Las observaciones del telescopio revelaron que no se encontraron objetos con una masa inferior a cinco veces la de Júpiter, a pesar de contar con la sensibilidad suficiente para detectar tales cuerpos. Esto indica de manera contundente que cualquier objeto estelar más liviano que este umbral es más probable que se forme de la misma manera que lo hacen los planetas, concluyeron los autores.

«Nuestras observaciones confirman que la naturaleza produce objetos con masa planetaria de al menos dos maneras: a partir de la contracción de una nube de gas y polvo, como se forman las estrellas; y en discos de gas y polvo alrededor de estrellas jóvenes, tal como lo hizo Júpiter en nuestro propio sistema solar», precisó Jayawardhana.

Mini planetas

El más intrigante de los objetos sin estrella es también el más ligero, con una masa estimada de cinco veces la de Júpiter (aproximadamente 1.600 veces la masa de la Tierra).

«La presencia de un disco de polvo significa que el objeto casi con certeza se formó como una estrella, ya que el polvo espacial generalmente gira alrededor de un objeto central en las primeras etapas de la formación estelar», señaló Langeveld, investigador postdoctoral en el grupo de Jayawardhana.

De igual manera, los discos son un requisito previo para la formación de planetas, lo que sugiere que estas observaciones podrían tener importantes implicaciones para la formación de posibles «mini» planetas.

«Esos diminutos objetos con masas comparables a las de los planetas gigantes podrían ser capaces de formar sus propios planetas», comentó Alexander Scholz, astrofísico en la Universidad de St Andrews y coautor del estudio. «Esto podría ser la cuna de un sistema planetario en miniatura, en una escala mucho más pequeña que nuestro sistema solar».

Diversidad cósmica

Utilizando el instrumento NIRISS en Webb, los astrónomos midieron el perfil de luz infrarroja (o espectro) de cada objeto en la porción observada del cúmulo estelar y reanalizaron 19 enanas marrones conocidas. También hallaron una nueva enana marrón con un compañero de masa planetaria, un hallazgo raro que desafía las teorías sobre cómo se forman los sistemas binarios.

«Es probable que tal par se haya formado de la misma manera que lo hacen los sistemas estelares binarios, a partir de una nube que se fragmenta mientras se contrae», estimó Jayawardhana. «La diversidad de sistemas que la naturaleza ha producido es notable y nos impulsa a refinar nuestros modelos de formación estelar y planetaria».

Seis candidatos a sistemas binarios identificados en el estudio. Crédito: A.B. Langeveld et al.

Los mundos errantes podrían originarse de nubes moleculares en colapso que carecen de la masa necesaria para la fusión nuclear que alimenta a las estrellas. Asimismo, pueden formarse cuando el gas y el polvo en los discos alrededor de las estrellas se agrupan en orbes similares a planetas que eventualmente son expulsados de sus sistemas estelares, probablemente debido a interacciones gravitacionales con otros cuerpos.

Estos objetos flotantes libremente difuminan las clasificaciones de cuerpos celestes porque sus masas se superponen con las de gigantes gaseosos y enanas marrones. Aunque se consideran raros en la galaxia de la Vía Láctea, los nuevos datos de Webb muestran que representan aproximadamente el 10 % de los cuerpos celestes en el cúmulo estelar objetivo.

En los próximos meses, el equipo estudiará más las atmósferas de estos tenues objetos y las comparará con enanas marrones más pesadas y planetas gigantes gaseosos. También se les ha otorgado tiempo en el telescopio Webb para estudiar objetos similares con discos polvorientos, explorando la posibilidad de formar sistemas planetarios en miniatura similares a las numerosas lunas de Júpiter y Saturno.

Fuente: JHU. Edición: MP.

Webb detecta seis planetas errantes y revela nuevas pistas sobre el nacimiento de estrellas