Respuestas (XLVI): ¿Cual es el planeta más grande conocido?

Hoy toca responder a una pregunta muy interesante que Marco Alfonso me envió por e-mail (a jordipereyra@cienciadesofa.com) la semana pasada: ¿cuál es el planeta más grande conocido?

Y resulta que la respuesta no es tan directa como podría parec…

¡Ah, no, no, no! A ti te han preguntado cual es el planeta más grande conocido, así que por una vez vas a dar un dato en vez de irte por las ramas.

Vale, está bien, voz cursiva, toma tu respuesta fácil: con una masa hasta 30 veces mayor que la de Júpiter, el mayor planeta de nuestro propio sistema solar, el planeta más grande que podría haberse descubierto hasta la fecha es un gigante gaseoso que tiene el romántico nombre de DENIS-P J082303.1-491201b, o 2MASS J082303.1-491201b para los amigos.

Eh, espera, ¿cómo que “podría haberse descubierto”? ¿por qué me dice Wikipedia que no se sabe con certeza si es un planeta o una estrella enana marrón? ¿Me estás intentando engañar?

¡¿Ves como me tengo que ir por las ramas?!

A grandes rasgos, existen dos tipos de planetas: los planetas rocosos (como Mercurio, Venus, la Tierra y Marte) y los planetas gaseosos (como Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno).  Aunque su aspecto sea claramente distinto, la diferencia que más llama su atención entre los dos tipos de planetas es su tamaño.

Esta imagen me pareció curiosa, porque muestra cómo en los 300.000 kilómetros que separan la Tierra de la Luna podrían caber el resto de planetas del sistema solar. Y, de paso, os enseñaba la diferencia de escala que existe entre los planetas rocosos y los gaseosos de nuestro sistema solar. (Fuente)

Viendo la imagen, podéis imaginar que los astrónomos no se refieren a los planetas gaseosos como “gigantes gaseosos” sin un motivo: con un diámetro de 140.000 kilómetros, frente a los 12.756 de la Tierra, en el interior de Júpiter cabrían 1.300 planetas como el nuestro (previamente pulverizados para aprovechar todo su volumen, claro). Saturno tiene un diámetro de casi 120.000 kilómetros y los gigantes gaseosos más pequeños del sistema solar, Urano y Neptuno, tienen diámetros que rondan los 50.000 kilómetros.

Madre mía, ¿y a qué se deben estos tamaños tan dispares?

Buena pregunta.

Los sistemas planetarios evolucionan a partir de alguna de las innumerables nubes gigantescas de gas y polvo que hay desparramadas por el espacio. Mientras la estrella toma forma en el centro del sistema, en el disco de materia que da vueltas a su alrededor empiezan a aparecer “grumos”: los trozos más pequeños empiezan a unirse para formar pedazos más grandes, que atraen más material a medida que crecen, lo que hace que su fuerza gravitatoria aumente. El proceso continúa, aumentando cada vez más el tamaño de estos cuerpos, hasta que se forman los primeros objetos rocosos de tamaño planetario.

Una simulación del proceso.

Una vez alcanzan un tamaño que les obliga a adoptar una forma esférica (algo que comentaba en esta otra entrada) y despejan su camino de “escombros”, convirtiéndose en los objetos dominantes de su órbita, estos cuerpos ya pueden ser considerados planetas rocosos que, si poseen un campo gravitatorio suficientemente intenso, podrán retener algo de gas sobre su superficie y formar una atmósfera más o menos densa, pese a que el viento solar haga lo posible por evitarlo. Si el interior de un planeta rocoso reúne las condiciones necesarias para generar un campo magnético, como es el caso de la Tierra, podrá retener su atmósfera durante miles de millones de años… Algo que no ha podido hacer Marte, como comentaba en esta otra entrada.

Como podréis también por su nombre, un planeta gaseoso se distingue de uno rocoso en el hecho de que la mayor parte de su masa está compuesta por gases o, mejor dicho, elementos que en condiciones normales se encuentran en forma de gas, principalmente hidrógeno y helio. En realidad, la mayor parte de la masa de estos cuerpos está sometida a condiciones de temperatura y presión tan extremas que casi todo este gas se encuentra en estado líquido, como explicaba en esta otra entrada, así que lo único gaseoso de estos planetas es su capa más externa.

Crédito: NASA/STScl

Total que, mientras un planeta rocoso puede estar rodeado por una fina atmósfera, un planeta gaseoso es un núcleo envuelto por una capa de gas de decenas de miles de kilómetros de grosor que se va volviendo más denso con la profundidad, sin llegar a formar nunca una superficie sólida.

Se cree que los gigantes gaseosos se forman durante los primeros años de formación de un sistema planetario, cuando un planeta rocoso crece hasta alcanzar cierta masa crítica a partir de la cual su intensa gravedad empieza a retener sobre su superficie todo el gas que lo rodea. No está muy claro a partir de qué masa  es inevitable que un planeta rocoso se convierta en un gigante gaseoso, pero es posible que el planeta rocoso más masivo que se ha encontrado hasta la fecha, Kepler-10c, con una masa 17 veces superior a la de la Tierra y un diámetro 2,3 veces mayor, esté prácticamente en ese límite. Vaya, mira voz cursiva, ahí tienes uno de tus anhelados datos.

¡Sht! Continúa…

Eso sí, hay que tener en cuenta que la historia no es tan simple: la masa crítica para que un núcleo rocoso se convierta en un gigante gaseoso disminuiría cuanto más alejado se encontrara el objeto de su estrella, así que se ha sugerido que podrían existir “gigantes gaseosos enanos” en las regiones exteriores de los sistemas solares, con un tamaño similar al de la Tierra.

Estos gigantes se formarían en regiones de un sistema planetario donde las temperaturas son muy bajas, ya que la densidad de un gas aumenta cuanto más frío se encuentra. Al ocupar un volumen menor, una mayor cantidad de gas puede ser retenida y condensada más fácilmente por la gravedad de un núcleo rocoso pequeño, hasta el punto de que un planeta rocoso con un 20% de la masa de la Tierra podría, en teoría, dar lugar a un gigante gaseoso enano o “Minineptuno“, como se les llama coloquialmente (aunque, de todas maneras, dudo que “gigante gaseoso enano” pueda considerarse un término poco coloquial).

De momento no se ha observado directamente ningún Minineptuno, aunque parece que existen dos candidatos que podrían pertenecer a esta clase de objetos. El planeta Kepler-11f, a 2.000 años luz de la Tierra, tiene una masa 2.3 veces mayor a la de nuestro planeta, pero una densidad similar a la de Saturno, lo que podría significar que se trata de un cuerpo con un núcleo denso y pequeño, rodeado de gas. Otro planeta extrasolar, KOI-314c, a 217 años luz, tiene una masa similar a la de la Tierra, pero un diámetro de unos 20.000 kilómetros, lo que lo haría demasiado poco denso como para que se tratara de un cuerpo rocoso.

Bueno, vale, ya ha me has ofrecido suficiente contexto y me has dicho cual es el planeta rocoso más grande. Pero responde de una vez a la pregunta de Marco Alfonso:  ¿cuál es el planeta más grande descubierto? (que será un gigante gaseoso, imagino)

(Imaginas bien)

Como comentaba al principio, DENIS-P J082303.1-491201b podría ser el gigante gaseoso más grande encontrado hasta la fecha. Pero, ojo, podría serlo. El problema es que es difícil distinguir objetos muy lejanos y que tienen propiedades parecidas. Y, desde nuestra perspectiva a decenas o cientos de años luz de distancia, una cosa que puede parecerse a un planeta gigante gaseoso es una estrella enana marrón.

El punto verde de la imagen es una estrella enana marrón. En realidad no es de color verde, ya que esta es una imagen infrarroja del cielo que ha sido traducida a luz visible, como comentaba el otro día. (Fuente)

Las enanas marrones son “estrellas fallidas“, en el sentido de que su masa es demasiado pequeña como para que en su núcleo se produzcan las condiciones de calor y presión necesarias para desencadenar las mismas reacciones de fusión nuclear que hacen brillar a una estrella. Estas reacciones consisten en la fusión de dos protones (átomos de hidrógeno-1) para formar un átomo de deuterio (hidrógeno-2), cuando uno de los protones se convierte en un neutrón. A su vez, el deuterio se fusiona con otro protón, resultando en un átomo de helio-3 y, cuando dos átomos de helio-3 se encuentran, se unen para formar helio-4, liberando dos protones que salen disparados del núcleo y vuelven a la cadena.

(Fuente)

La cantidad de energía liberada por las distintas fases combinadas de la fusión es tan grande que permite calentar toda la masa de una estrella hasta la incandescencia, haciendo que su superficie brille a miles o decenas de miles de grados de temperatura. La superficie del sol, por ejemplo, se encuentra a 6.000ºC.

Pero, sin la masa suficiente como para que producir esta cadena de reacciones completa, los núcleos de las enanas marrones no son capaces de pasar del segundo eslabón de la cadena y, por tanto, como mucho pueden fusionar deuterio con un protón para formar helio-3. Estos dos primeros pasos, mucho menos energéticos, liberan unos 7 MeV de energía, frente a los 20 MeV del ciclo completo.

Esta baja producción de energía se traduce en una reducción de la temperatura superficial de la estrella y, en consecuencia, de su brillo. De ahí el nombre de “enana marrón” para referirse a estas estrellas que, pese a que pueden empezar sus vidas a una temperatura de unos 2.000ºC, es muy frecuente observar enanas marrones más viejas con temperaturas superficiales de unos pocos cientos de grados. De hecho, la superficie de la enana marrón más fría descubierta se encuentra a -13ºC.

¿Y cómo se sabe entonces que es una estrella, si está tan fría?

Porque la temperatura del espacio es de unos -270ºC, así que un objeto solitario que esté a esa temperatura debe estar produciendo calor en su interior de alguna manera para mantener una temperatura mayor a la de su entorno… Lo que descarta la posibilidad de que sea un planeta, que debe ser calentado por una fuente de energía cercana.

La cuestión es que, como comentaba en esta otra entrada en la que planteaba la posibilidad de que Júpiter se convirtiera en una estrella, las enanas marrones tienen masas de entre 13 y 80 veces la masa de Júpiter, así que con una masa de 30 “júpiteres” y sin conocer algunas propiedades más, como su radio o su composición, nuestro amigo DENIS-P podría ser perfectamente una enana marrón.

Y ese es el problema a la hora de responder a la pregunta de Marco Alfonso con cierta seguridad: en la lista de exoplanetas “descubiertos” hay un montón de objetos cuya naturaleza está sin confirmar y que sólo saldrán de la lista cuando se demuestre que no son planetas, así que es difícil (o al menos, personalmente, así lo encuentro) decir cual es, ahora mismo, el mayor planeta conocido.

Mirando el listado de Exoplanets.eu y descartando aquellos que podrían ser enanas marrones o cuya masa aún no ha sido medida de manera relativamente precisa, diría que el planeta más grande conocido en la actualidad, en términos de tamañoes WASP-17b, un gigante gaseoso con un diámetro 1,99 mayor que el de Júpiter pero, curiosamente, sólo la mitad de su masa. lo que también lo convierte en el planeta menos denso que se conoce.

Comparación de WASP-17b y Júpiter. (Fuente)

En cuanto al planeta más masivo confirmado, ocurre más de lo mismo. En la lista hay muchos objetos que podrían ser perfectamente enanas marrones por lo que, en mi opinión, lo más probable es que el planeta más masivo conocido sea WASP-18b, con una masa 10,43 veces superior a la de Júpiter y un radio sólo un 10% mayor.

Comparación de WASP-18b y Júpiter. (Fuente)

Por desgracia, nuestro conocimiento actual sobre los planetas que están más allá de nuestro sistema solar es limitado porque, además de su masa, densidad y tamaño, poco más podemos conocer de ellos debido a su lejanía. Afortunadamente, esto puede cambiar en un futuro cercano con el desarrollo de nuevas técnicas de análisis espectrográfico que permitirán conocer la composición de estos planetas y arrojar algo más de luz sobre el asunto.

Y, por supuesto, estos dos últimos planetas de los que he hablado son el más grande y el más masivo según mi interpretación de los datos que he encontrado. ¡Si tenéis información que proporcione más detalles sobre algún cuerpo celeste que no he tenido en cuenta y que podría ser el planeta más grande en lugar de los que he mencionado, no dudéis en colgarla en los comentarios y modificaré la entrada!

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6 pensamientos en “Respuestas (XLVI): ¿Cual es el planeta más grande conocido?”

  1. Un dato interesante es que el candidato a planeta más parecido a la tierra conocido es el KOI-4878.01, aunque todavía falta confirmar su existencia realmente.

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