Tomar una fotografía de un exoplaneta, un planeta en un sistema solar más allá de nuestro sol, no es una tarea fácil. La luz de la estrella madre de un planeta eclipsa con creces la luz del planeta mismo, haciendo que el planeta sea difícil de ver. Si bien tomar una fotografía de un pequeño planeta rocoso como la Tierra todavía no es factible, Los investigadores han logrado avances al capturar imágenes de unos 20 cuerpos gigantes parecidos a planetas. Estos objetos, conocidos como compañeros de masa planetaria, son más masivos que Júpiter, orbitan lejos del resplandor de sus estrellas, y son lo suficientemente jóvenes como para brillar aún con el calor de su formación, todos rasgos que los hacen más fáciles de fotografiar.

Pero queda una gran pregunta:¿Son estos compañeros de masa planetaria realmente planetas, ¿O son, en cambio, pequeñas estrellas "fallidas" llamadas enanas marrones? Las enanas marrones se forman como las estrellas, a partir de nubes de gas que colapsan, pero carecen de la masa para encenderse y brillar con la luz de las estrellas. Se pueden encontrar flotando solos en el espacio, o se pueden encontrar orbitando con otras enanas marrones o estrellas. Las enanas marrones más pequeñas son similares en tamaño a Júpiter y se verían como un planeta cuando orbitaran una estrella.

Los investigadores de Caltech han adoptado un nuevo enfoque del misterio:han medido las velocidades de giro de tres de los compañeros de masa planetaria fotografiados y las han comparado con las velocidades de giro de las pequeñas enanas marrones. Los resultados ofrecen un nuevo conjunto de pistas que apuntan a cómo se pudieron haber formado los compañeros.

"Estos compañeros con sus grandes masas y amplias separaciones podrían haberse formado como planetas o enanas marrones, "dice la estudiante de posgrado Marta Bryan (MS '14), autor principal de un nuevo estudio que describe los hallazgos en la revista Astronomía de la naturaleza . "En este estudio, queríamos arrojar luz sobre sus orígenes ".

"Estas nuevas mediciones de espín sugieren que si estos cuerpos son planetas masivos ubicados lejos de sus estrellas, tienen propiedades muy similares a las de las enanas marrones más pequeñas, "dice Heather Knutson, profesor de ciencia planetaria en Caltech y coautor del artículo.

Los astrónomos utilizaron el Observatorio W. M. Keck en Hawai, que es administrado por Caltech, la Universidad de California, y la NASA:para medir la velocidad de giro, o la duración de un día, de tres compañeros de masa planetaria conocidos como ROX 42B b, GSC 6214-210 b, y VHS 1256-1257 b. Usaron un instrumento en Keck llamado Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano (NIRSpec) para diseccionar la luz proveniente de los compañeros. Mientras los objetos giran sobre sus ejes, la luz del lado que gira hacia nosotros cambia a más corta, longitudes de onda más azules, mientras que la luz del lado que retrocede se desplaza a más largo, longitudes de onda más rojas. El grado de este cambio indica la velocidad de un cuerpo en rotación. Los resultados mostraron que las velocidades de giro de los tres compañeros oscilaron entre 6 y 14 kilómetros por segundo, similar a las tasas de rotación de los planetas gigantes gaseosos de nuestro sistema solar, Saturno y Júpiter.

Para el estudio, los investigadores también incluyeron a los dos compañeros de masa planetaria para los que ya se habían medido las velocidades de giro. Uno, β Pictoris b, tiene una velocidad de rotación de 25 kilómetros por segundo, la velocidad de rotación más rápida de cualquier cuerpo de masa planetaria medida hasta ahora.

Los investigadores compararon las velocidades de giro de las cinco compañeras con las medidas previamente para las pequeñas enanas marrones que flotan libremente. Los rangos de tasas de rotación para las dos poblaciones fueron indistinguibles. En otras palabras, los compañeros giran sobre sus propios ejes a aproximadamente la misma velocidad que sus contrapartes enanas marrones que flotan libremente.

Los resultados sugieren dos posibilidades. Una es que las compañeras de masa planetaria son en realidad enanas marrones. La segunda posibilidad es que los compañeros analizados en este estudio sean planetas que se formaron, tal como lo hacen los planetas, de discos de material girando alrededor de sus estrellas, pero por razones aún no entendidas, los objetos terminaron con velocidades de giro similares a las de las enanas marrones. Algunos investigadores piensan que tanto los planetas recién formados como las enanas marrones están rodeados por discos de gas en miniatura que podrían estar ayudando a ralentizar su velocidad de giro. En otras palabras, procesos físicos similares pueden dejar planetas y enanas marrones con velocidades de giro similares.

"Es una cuestión de naturaleza versus crianza, ", dice Knutson." Si los compañeros planetarios nacieron como enanas marrones, o simplemente terminaron comportándose como ellos con giros similares? "

El equipo también dice que los compañeros están girando más lentamente de lo esperado. Los planetas en crecimiento tienden a girar por el material que extraen de un disco de gas circundante, de la misma manera que los patinadores sobre hielo giratorios aumentan su velocidad, o momento angular, cuando tiran de sus brazos hacia adentro. Las tasas de rotación relativamente lentas observadas para estos objetos indican que fueron capaces de frenar de manera efectiva este proceso de giro, quizás transfiriendo parte de este momento angular a los discos de gas circundantes. Los investigadores están planificando estudios futuros de velocidades de giro para investigar más a fondo el asunto.

"Las velocidades de giro de los cuerpos de masa planetaria fuera de nuestro sistema solar no se han explorado completamente, ", dice Bryan." Recién estamos comenzando a usar esto como una herramienta para comprender las historias de formación de objetos de masa planetaria ".