¿Qué es un planeta? Una nueva definición basada en propiedades físicas

Datos del artículo científico del que hablaremos en este astrobito:

• Título: Discovery of a dwarf planet candidate in an extremely wide orbit: 2017 OF201
• Autores: Madhu Kashyap Jagadeesh, Arkil D. P., Margarita Safonova, and Bernard Foing
• Institución del primer autor: Department of Physics, St. Josephs University, Bengaluru, India
• Estado: Acceso abierto en arXiv

Un alien sostiene un planeta mientras reflexiona sobre la famosa pregunta: ¿ser o no ser… un planeta?

Desde que miramos al cielo nocturno, hemos intentado comprender los planetas. La propia palabra proviene del griego antiguo planētēs, que significa «viajero», en referencia a sus posiciones cambiantes en comparación con las estrellas. Pero la pregunta de qué califica exactamente como un planeta sigue sorprendentemente sin resolverse. De hecho, podría ser aún más incierta ahora que en tiempos antiguos.

En las últimas décadas, el descubrimiento de miles de exoplanetas ha desafiado suposiciones que hemos tenido por un largo tiempo. De la misma manera, reclasificaciones polémicas dentro de nuestro propio Sistema Solar, como la de Plutón en 2006, han puesto en evidencia las grietas en nuestros criterios actuales. El astrobito de hoy retoma este debate, ofreciendo no solo una definición actualizada, sino un marco completamente nuevo para entender qué es un planeta.

Repensando las reglas del estatus planetario

En 2006, la Unión Astronómica Internacional (IAU, por sus siglas en inglés) estableció la definición moderna más ampliamente aceptada de lo que es un planeta. Según la IAU, un planeta debe:

1. Orbitar alrededor del Sol,
2. Tener suficiente masa para que su propia gravedad lo moldee en una forma casi esférica (un estado llamado equilibrio hidrostático), y
3. Haber “limpiado su vecindario” orbital, lo que significa que debe ser gravitacionalmente dominante.

Esta definición llevó, de manera famosa, a la reclasificación de Plutón como planeta enano, una decisión que desató debates tanto en la comunidad científica como entre el público general. Desde entonces, varios grupos de investigación han señalado limitaciones en los criterios de la IAU. Para empezar, solo se aplica a objetos que orbitan el Sol, dejando fuera a los miles de exoplanetas descubiertos a la fecha. Además, no especifica con claridad qué tan “limpia” debe estar una órbita, y hasta el equilibrio hidrostático es más complejo de lo que parece; por ejemplo, Mercurio puede que técnicamente no cumpla este requisito, y sin embargo, nadie cuestiona su estatus como planeta.

Estas problemáticas han llevado a la comunidad astronómica a proponer nuevas definiciones a lo largo de los años. Algunas se basan en la dinámica orbital, otras en umbrales de masa, o características geológicas. La propuesta más reciente, centrada en la idea de un “plano fundamental planetario”, aporta una nueva dimensión al debate al enfocarse en parámetros físicos que pueden medirse directamente.

Un planeta según su masa, radio, y momento de inercia

El plano fundamental planetario es un diagrama conceptual que ubica objetos según tres propiedades físicas: masa, radio, y momento de inercia (una medida de cómo se distribuye la masa dentro de un cuerpo). La idea es similar a la forma en que se clasifican las estrellas mediante su temperatura y luminosidad en el diagrama de Hertzsprung–Russell (HR). Así como el diagrama HR revela patrones en la evolución estelar, el plano planetario busca revelar patrones en la identidad planetaria.

Según el equipo detrás de esta nueva definición, los planetas se encuentran dentro de una región específica en este plano, delimitada por umbrales de masa. Su definición propuesta es, en principio, simple:

Un planeta es un objeto celeste esférico, ligado a una estrella o no, que se ubica en el plano planetario fundamental, dentro de un rango de masa de 10²³ kg (alrededor de 0.02 masas terrestres) a 2.5 × 10²⁸ kg (13 masas de Júpiter).

Esta redefinición incluye explícitamente a los planetas errantes (aquellos que vagan por el espacio sin una estrella anfitriona) y evita la ambigua cláusula de “limpiar la órbita”. En lugar de depender del contexto orbital, se enfoca en propiedades intrínsecas que pueden compararse tanto en el Sistema Solar como en sistemas exoplanetarios.

¿Dónde está la línea entre planetas y no planetas?

Usando datos de objetos del Sistema Solar, exoplanetas rocosos, lunas y asteroides, el equipo detrás de este artículo construyó un diagrama de “punto de giro”, análogo a los puntos de giro estelares en el diagrama HR. Este punto de giro marca el límite inferior de masa para los planetas, alrededor de objetos como Mercurio y Marte. Los cuerpos por debajo de esta línea, como los grandes asteroides y las lunas pequeñas, no se alinean con el plano planetario fundamental

En el diagrama del punto de giro se observa que el momento de inercia crece de forma exponencial con la masa una vez que los objetos alcanzan una masa comparable a la de Mercurio. Por debajo de este umbral, el momento de inercia se mantiene relativamente constante. La figura ha sido adaptada de la Figura 1 del artículo principal.

De forma intrigante, muchos de los candidatos a planeta enano según la IAU no caen dentro del plano planetario. Plutón, por ejemplo, parece ubicarse más cómodamente entre las lunas, tanto por su estructura como por su posición en el diagrama. Esto no le resta importancia científica a Plutón; sigue siendo un mundo complejo y geológicamente fascinante, pero sí plantea interrogantes sobre cómo agrupamos los cuerpos celestes.

Del mismo modo, el límite superior de masa está definido por el inicio de la fusión de deuterio, la reacción nuclear que marca el comienzo del estado de enana marrón. A partir de unas 13 masas de Júpiter, los objetos comienzan a quemar deuterio, un proceso más propio de las estrellas que de los planetas. Estos límites ayudan a distinguir los planetas tanto de los asteroides como de las estrellas, utilizando datos físicos observables en lugar de fronteras teóricas o dinámicas.

¿Y qué pasa con el vecindario?

Una de las partes más polémicas de la definición de la IAU es el requisito de que un planeta debe “limpiar su vecindario”. Esta idea, conocida más formalmente como dominancia dinámica, implica que un planeta debe dominar su región orbital, absorbiendo o expulsando a otros cuerpos con el tiempo.

Pero esta es una métrica ambigua. Júpiter, por ejemplo, comparte su órbita con más de 100,000 asteroides troyanos cerca de sus puntos de Lagrange L4 y L5. La Tierra también tiene miles de objetos cercanos (NEOs, por sus siglas en inglés) e incluso lunas capturadas temporalmente; pequeñas rocas que orbitan la Tierra por períodos breves antes de alejarse. Venus tiene al menos 20 asteroides coorbitales conocidos. ¿Significa esto que ninguno de estos planetas ha “limpiado” su vecindario?

Algunos planetas del Sistema Solar podrían no cumplir con la definición actual de planeta de la IAU, ya que comparten su órbita con otros cuerpos celestes. Las líneas verdes en el diagrama representan la trayectoria de Lucy: La primera misión de la NASA en visitar los asteroides Troyanos de Júpiter. Figura adaptada de https://science.nasa.gov/solar-system/navigating-nasas-first-mission-to-the-trojan-asteroids/ 

Además, en el caso de los exoplanetas situados a cientos de años luz de distancia, es casi imposible determinar si han limpiado sus órbitas. Nuestros instrumentos simplemente no son lo suficientemente sensibles para detectar objetos pequeños cercanos en esos sistemas. Así que, aunque la dominancia dinámica es un concepto útil dentro de nuestro Sistema Solar, no es un criterio práctico para identificar planetas en otros lugares.

El plano planetario propuesto evita este problema al centrarse en lo que sí podemos medir: la masa, el tamaño, y la estructura interna.

El problema de Plutón (otra vez)

Plutón ha sido durante mucho tiempo el símbolo del debate sobre qué es (y qué no es) un planeta. Según la definición de la IAU, fue reclasificado porque no había limpiado su vecindario. Según el modelo del plano planetario fundamental, Plutón nuevamente no califica, pero esta vez debido a sus propiedades físicas.

De acuerdo con el diagrama, Plutón se ubica firmemente en el “plano de las lunas”, lo que sugiere que tiene más en común con grandes satélites como Europa o Titán que con los planetas clásicos. Esto no es un menosprecio; Plutón sigue siendo un mundo activo y helado, con un interior en capas, una atmósfera de nitrógeno, y una química superficial compleja. Pero si definimos a los planetas por sus parámetros físicos, es posible que Plutón no alcance el umbral.

Esto plantea una cuestión filosófica interesante: ¿deberíamos definir los planetas por sus características físicas, su contexto dinámico, su historia de formación, su composición química, o por algo completamente distinto? Tal vez no haya una única “respuesta correcta”, sino distintas maneras de organizar nuestro entendimiento de un universo cada vez más complejo.

Definiciones cambiantes, ciencia estable

La nueva propuesta para definir planetas usando el plano planetario fundamental no busca zanjar el debate de una vez por todas. Más bien, ofrece una forma convincente de replantear la pregunta, trasladando el enfoque desde criterios orbitales ambiguos hacia parámetros físicos medibles. Proporciona un marco que funciona tanto para la ciencia del Sistema Solar como para la de los exoplanetas, y nos permite trazar límites más claros entre planetas, lunas, asteroides y enanas marrones.

Y quizás lo más importante: nos recuerda que la ciencia no se trata de trazar líneas rígidas. Se trata de refinar nuestros modelos a medida que surgen nuevos datos. Así como el diagrama HR revolucionó nuestra comprensión de las estrellas, el plano planetario fundamental podría, algún día, hacer lo mismo con los planetas. Porque, al final, la pregunta “¿qué es un planeta?” no trata solo de Plutón, ni de órbitas, ni de semántica. Se trata de cómo estructuramos el conocimiento y cómo nos adaptamos al descubrimiento.