Un estudio publicado en Science Advances arroja nueva luz sobre los misteriosos orígenes de los objetos de masa planetaria (PMO, por sus siglas en inglés) que flotan libremente, cuerpos celestes con masas entre estrellas y planetas.
Dirigido por el Dr. Deng Hongping del Observatorio Astronómico de Shanghái de la Academia China de Ciencias, un equipo internacional de astrónomos utilizó simulaciones avanzadas para descubrir un nuevo proceso de formación para estos enigmáticos objetos. La investigación sugiere que los PMO pueden formarse directamente a través de interacciones violentas entre discos circunestelares en cúmulos de estrellas jóvenes.
El misterio de los objetos de masa planetaria rebeldes
Los PMO son nómadas cósmicos que se desplazan libremente por el espacio, sin estar ligados a ninguna estrella. La masa de estos objetos es menos de 13 veces la de Júpiter. A menudo se observan en cúmulos de estrellas jóvenes como el cúmulo del Trapecio en Orión. Si bien su existencia está bien documentada, su origen ha desconcertado a los científicos durante mucho tiempo.
Las teorías anteriores propusieron que los PMO podrían ser estrellas fallidas o planetas expulsados de sus sistemas solares. Sin embargo, estos modelos no logran explicar la gran cantidad de PMO, sus frecuentes emparejamientos binarios y su movimiento sincronizado con las estrellas dentro de los cúmulos.
«Los PMO no encajan perfectamente en las categorías existentes de estrellas o planetas», dijo el Dr. Deng, autor correspondiente del estudio. «Nuestras simulaciones muestran que es probable que se formen a través de un proceso completamente diferente, uno vinculado a la dinámica caótica de los cúmulos de estrellas jóvenes».
Un tira y afloja cósmico: cómo los discos colisionan para crear PMO
Utilizando simulaciones hidrodinámicas de alta resolución, los investigadores recrearon encuentros cercanos entre dos discos circunestelares (anillos giratorios de gas y polvo que rodean estrellas jóvenes). Cuando estos discos colisionan a velocidades de 2 a 3 km/s y distancias de 300 a 400 unidades astronómicas (UA), sus interacciones gravitacionales estiran y comprimen el gas en «puentes de marea» alargados.
Estos puentes de marea finalmente colapsan en filamentos densos, que se fragmentan aún más en núcleos compactos. Cuando estos filamentos alcanzan una masa crítica, producen PMO con masas de aproximadamente diez veces la de Júpiter.
Las simulaciones también revelaron que hasta el 14% de los PMO se forman en pares o tripletes, con separaciones de 7 a 15 UA, lo que explica la alta tasa de sistemas binarios de PMO en algunos cúmulos. Los frecuentes encuentros con discos en entornos densos como el cúmulo del Trapecio podrían generar cientos de PMO, lo que explica la sobreabundancia observada.
Por qué los PMO son únicos
Los PMO se diferencian en su formación. A diferencia de los planetas expulsados, se mueven en sincronía con las estrellas de sus cúmulos anfitriones y heredan material de las regiones exteriores de los discos circunestelares.
Esto da como resultado una composición única, en la que los PMO reflejan las afueras pobres en metales de estos discos, donde los elementos pesados son escasos. Muchos PMO también conservan discos de gas de hasta 200 UA de diámetro, lo que sugiere la posibilidad de formación lunar o incluso planetaria alrededor de estos objetos errantes.
«Este descubrimiento cambia en parte la forma en que vemos la diversidad cósmica», dijo el coautor, el profesor Lucio Mayer de la Universidad de Zúrich, «los PMO pueden representar una tercera clase de objetos, nacidos no de la materia prima de las nubes de formación de estrellas o mediante procesos de construcción de planetas, sino más bien del caos gravitacional de las colisiones de discos».
El equipo, que incluye investigadores de la Universidad de Hong Kong, el Observatorio Astronómico de Shanghái, la Universidad de California en Santa Cruz y la Universidad de Zúrich, planea realizar más estudios para explorar la composición química y las estructuras de disco de las PMO.
Las próximas investigaciones sobre las PMO en varios cúmulos consolidarán la teoría de su formación y las propiedades de su población.
Con información de Science
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