Las estrellas suelen nacer en grupos (llamados sistemas binarios). Se habían observado exoplanetas solitarios con masas jupiterinas. Nadie esperaba exoplanetas jupiterinos en sistemas binarios que vagan solitarios por el medio interestelar. El telescopio JWST los ha observado en el Cúmulo del Trapecio ubicado en el centro de la Nebulosa de Orión, en la constelación de Orión. Se han observado 540 objetos de masa jupiterina, entre los que hay 40 sistemas binarios y 2 sistemas triples formados por exoplanetas jupiterinos separados menos de 1 segundo de arco (390 UA, unidades astronómicas). Se ha acuñado el nombre JuMBO (Jupiter-Mass Binary Objects) para estos sorprendentes sistemas binarios formados por dos cuerpos con masas entre 3 y 7 masas de Júpiter. Ninguno de los modelos de formación de sistemas estelares, que predicen la eyección de exoplanetas jupiterinos, predice la eyección de JuMBOs. Quizás hay que buscar nuevas hipótesis para la formación y eyección de estos sistemas binarios.

El Cúmulo del Trapecio ha sido observado mediante un mosaico de 700 imágenes obtenidas con el instrumento NIRCam del JWST. En esta región a unos 1.400 años luz de la Tierra se observan miles de estrellas jóvenes con masas entre 0.1 y 40 veces la masa del Sol; muchas de ellas están rodeadas de densos discos de gas y polvo donde podrían estar formándose exoplanetas, aunque no en todos ya que la intensa radiación ultravioleta y los fuertes vientos de las estrellas más masivas de la región. La gran cuestión ahora es cómo se pueden expulsar dos o más exoplanetas jupiterinos en un sistema estelar. Otra cuestión es si existen exoplanetas dobles, no solo jupiterinos dobles, sino también exotierras dobles, en muchos sistemas planetarios.

El artículo es Samuel G. Pearson, Mark J. McCaughrean, «Jupiter Mass Binary Objects in the Trapezium Cluster,» arXiv:2310.01231 [astro-ph.EP] (02 Oct 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2310.01231. Más información divulgativa en Jonathan Amos, «James Webb telescope makes ‘JuMBO’ discovery of planet-like objects in Orion,» BBC, 02 Oct 2023.

La Nebulosa de Orión es la región H II más famosa y mejor estudiada del cielo. Una cuna para la formación de estrellas masivas, en todo el rango espectral, desde tipos O muy masivos hasta enanas M, incluyendo enanas marrones subestelares y muchos objetos de masa planetaria. Su núcleo más interno, el Cúmulo del Trapecio, es la región de mayor densidad para estos objetos (hasta 50 mil estrellas por pársec cúbico). Por todo ello el Cúmulo del Trapecio es el laboratorio ideal para estudiar la formación de estrellas y planetas. Se llaman objetos de masa estelar (PMO) a los objetos subestelares por debajo del límite de masa para el consumo de hidrógeno (0.075 M⊙, masas estelares); cuando son jóvenes estos objetos se luminosos y fáciles de detectar, ya que liberan energía gravitacional mientras se contraen; así las enanas marrones experimentan periodos de fusión de deuterio. Se llama planetas jupiterinos a los objetos subestelares con masa por debajo de 13 masas de Júpiter (la masa de Júpiter es de 0.00095 masas solares).

El Cúmulo del Trapecio alberga una rica población de enanas marrones y objetos de masa planetaria (detectar objetos con masa inferior a 3 masas de Júpiter raya lo imposible en la actualidad). El telescopio JWST se ha usado para explorar esta región con su cámara de infrarrojo cercano (NIRCam): un total de 34.9 horas de observación entre el 26 de septiembre y el 2 de octubre de 2022, divididas en 12 filtros: F115W, F140M, F162M, F182M, F187N, F212N, F277W, F300M, F335M, F360M, F444W y F470N. Los jupiterinos tienen temperaturas efectivas entre 890 y 2520 K, con picos en su espectro en el rango entre 1 y 3.3 µm. Gracias a los filtros del JWST se pueden observar líneas de absorción molecular anchas de H₂O, CH₄ y CO, que confirman la naturaleza planetaria de estos objetos.

Se han identificado 540 candidatos a objetos de masa planetaria en el Cúmulo del Trapecio, con masas menores de 13 masas de jupiterinas. El candidato de menor masa tiene 0.6 masas jupiterinas, o 2 masas saturnianas.  Se pretende obtener en el futuro la espectroscopía con NIRSpec de muchos de estos candidatos. Ahora mismo la información sobre su composición en H₂O, CH₄ y CO me parece poco relevante (pues tiene gran incertidumbre, sobre todo para los exoplanetas de menor masa). La gran sorpresa ha sido encontrar que un 9 % de los candidatos son sistemas binarios (se usa este término para dos o más cuerpos). Según los modelos teóricos de formación de sistemas planetarios se esperaría que dicho número fuera despreciable. Los JuMBOs son toda una sorpresa en la física exoplanetaria.

En la primera y segunda figuras de esta pieza se destacan cinco JuMBOs en una pequeña región del Cúmulo del Trapecio que tienen masas entre 3 y 7 masas jupiterinas, y, por tanto, temperaturas efectivas entre 900 y 1200 K. Se observan claramente las líneas de absorción de H₂O y CH₄ en los filtros de NIRCam (los futuros espectors de NIRSpec lo confirmarán). ¿Podrían ser alineaciones espurias en el cielo? Según los autores, dada la densidad de PMOs observada, se espera que solo haya unas 3.1 alineaciones espurias entre los más de 40 JuMBOs observados. Estudios estadísticos independientes tendrán que confirmar estos números.

Los JuMBOs tienen separaciones entre ∼ 25 y 390 UA, que bastante más que la separación promedio en sistemas binarios de enanas marrones, que alcanza un máximo en ∼ 4 UA. Pero como el método usado solo puede detectar separaciones mayores de 25 UA, no se puede descartar que haya ununa población adicional de JuMBOs con órbitas más cercanas. Además, en los JuMBOs las masas de los jupiterinos suelen ser muy diferentes entre sí, cuando en las binarias de enanas marrones las masas suelen ser muy parecidas entre sí.

En resumen, no sabemos cómo se forman los JuMBOs y cómo son expulsados de los sistemas planetarios de sus estrellas. Se necesita una mejor caracterización de estos sistemas (gracias a los espectros de NIRSpec se logrará). Además, se necesitan nuevas simulaciones de la formación de sistemas planetarios con énfasis en encontrar la causa de la expulsión de dos planetas gaseosos de forma simultánea. Quizás se puedan formar sistemas binarios entre los planetas, y existan tierras dobles alrededor de algunas estrellas, pero se necesitan futuros estudios para comprender su formación. Sin lugar a dudas una nueva sorpresa del JWST que nos genera más preguntas que respuestas. La ciencia es apasionante.