Los astrónomos sospechaban desde hace tiempo que la masa de un planeta y su velocidad de rotación están vinculadas. En nuestro propio Sistema Solar, Júpiter y Saturno son ejemplos llamativos. A pesar de su enorme tamaño, ambos completan una rotación completa en unas 10 horas y representan una gran parte de la energía rotacional total del Sistema Solar.

Para probar si esta relación se extiende más allá de nuestro vecindario cósmico, los investigadores utilizaron el Observatorio W. M. Keck en Maunakea, Hawái, para estudiar una gran muestra de mundos gigantes distantes. Su estudio incluyó 32 gigantes gaseosos y compañeros enanas marrones en otros sistemas estelares, incluidos 6 planetas más grandes que Júpiter y 25 compañeros enanas marrones.

Las observaciones revelaron una tendencia intrigante. Cuando se consideran factores como la masa, el tamaño y la edad, los gigantes gaseosos tienden a rotar más rápido que las enanas marrones más masivas. Para fortalecer su análisis, los investigadores también incorporaron mediciones de giro previas de otros estudios, creando un conjunto de datos cuidadosamente seleccionado que incluía 43 compañeros estelares/subestelares y planetas gigantes, junto con 54 enanas marrones y objetos de masa planetaria que flotan libremente.

El equipo internacional fue liderado por científicos del Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA) de la Universidad Northwestern. Los colaboradores incluyeron investigadores del Centro de Astrofísica y Ciencias Espaciales (CASS) de UC San Diego, la División de Ciencias Geológicas y Planetarias (GPS) de Caltech, el Observatorio W. M. Keck, el Observatorio Steward, el James C. Wyant College of Optical Sciences, el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y varias otras instituciones. Sus hallazgos fueron publicados en The Astronomical Journal.

Muchos de los planetas examinados orbitan sus estrellas a distancias que van desde decenas hasta cientos de Unidades Astronómicas (UA), la distancia entre la Tierra y el Sol. Los científicos aún intentan determinar cómo se forman estos mundos lejanos. Algunos pueden surgir gradualmente dentro de discos de gas y polvo que rodean estrellas jóvenes, mientras que otros podrían formarse a través de un proceso más similar al colapso que crea las estrellas mismas.

Para investigar, los investigadores utilizaron el Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC), un instrumento especializado capaz de aislar la luz que proviene directamente de estos mundos distantes. A medida que un planeta rota, las características de su atmósfera causan un sutil ensanchamiento en su espectro. Al medir estos cambios, los astrónomos pueden determinar qué tan rápido está girando el objeto.

El autor principal, Dino Chih-Chun Hsu, investigador de CIERA, explicó la importancia de estas mediciones en un comunicado de prensa del Observatorio W. M. Keck: "El giro es un registro fósil de cómo se formó un planeta. Al medir qué tan rápido giran estos mundos, podemos empezar a reconstruir los procesos físicos que los moldearon hace decenas a cientos de millones de años. Con KPIC, podemos detectar estas diminutas señales que revelan la rotación de un planeta alrededor de otras estrellas cercanas. Nuestros resultados sugieren que tanto la masa del planeta como la relación entre la masa del planeta y la masa de su estrella influyen en qué tan rápido gira el planeta en última instancia. Eso nos ayuda a reducir la física de cómo se forman estos sistemas."

Un Planeta Gigante Gira Más Rápido que un Vecino Mucho Más Grande

Uno de los ejemplos más claros proviene del sistema HR 8799. Allí, un gigante gaseoso con aproximadamente 7 veces la masa de Júpiter gira seis veces más rápido que una compañera enana marrón que tiene aproximadamente 24 veces la masa de Júpiter.

Los investigadores creen que la diferencia puede estar relacionada con interacciones magnéticas en las primeras etapas de la historia de los objetos. Un campo magnético más fuerte puede interactuar más intensamente con el disco circumplanetario circundante, frenando la rotación con el tiempo. En este caso, la enana marrón más masiva probablemente perdió más de su giro original debido a su campo magnético más fuerte.

Los hallazgos están ayudando a los científicos a comprender mejor no solo los sistemas planetarios distantes, sino también los orígenes de nuestro propio Sistema Solar. Hsu dijo: "La forma en que se distribuye el momento angular entre los planetas influye en la arquitectura general de un sistema planetario."