Un gigante gaseoso es un planeta gigante que no está compuesto mayoritariamente de roca u otra materia sólida sino de fluidos; aunque dichos planetas pueden tener un núcleo rocoso o metálico. Se cree que tal núcleo es probablemente necesario para que un gigante gaseoso se forme, pero la mayoría de su masa es en forma de gas, o gas comprimido en estado líquido. Sus constituyentes principales son hidrógeno y helio.[1]​

A diferencia de los planetas rocosos, los gigantes gaseosos no tienen una superficie bien definida.

Términos como dimensión, área superficial, volumen, temperatura superficial o densidad superficial pueden referirse a la capa exterior vista desde fuera, por ejemplo desde la Tierra.

En el sistema solar hay dos gigantes gaseosos: Júpiter y Saturno. Por su parte, Urano y Neptuno, que en el pasado se incluían en esta categoría, ahora son considerados gigantes helados. Estos cuatro planetas son conocidos también como los «planetas jovianos» o planetas exteriores.

Urano y Neptuno han sido considerados por los científicos como una subclase separada de planetas gigantes, gigantes helados, también denominados «planetas uranios», debido a su estructura principalmente compuesta de hielo, roca y gas. Se diferencian de gigantes gaseosos «tradicionales», como Júpiter y Saturno, porque su proporción de hidrógeno y helio es mucho más baja, principalmente por su mayor distancia al Sol.

Actualmente se conoce la existencia de muchos gigantes gaseosos fuera del sistema solar, debido a que la mayoría de los planetas extrasolares conocidos son precisamente de este tipo de planeta.

Se puede denominar planetas gigantes a un planeta que está compuesto principalmente de hidrógeno y metano y que además no tiene superficie sólida a diferencia de los planetas terrestres. En este caso es posible encontrarlos en distintos lugares del universo.

En un estudio en 2016 se dio la hipótesis de la existencia de un quinto gigante gaseoso, ubicado en los confines del Sistema Solar, el cual explicaría las anomalías en las órbitas de los objetos trans-neptunianos, al cual llamaron Phattie.

Estructura

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Estructura esquemática de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno (de izquierda a derecha) en comparación con el tamaño de la Tierra (arriba).

En el Sistema Solar, los gigantes gaseosos planetarios Júpiter y Saturno tienen atmósferas espesas compuestas principalmente de hidrógeno y helio, pero también contienen trazas de otras sustancias como el amoníaco. Sin embargo, la mayor parte del hidrógeno está en forma líquida, lo que también constituye la mayor parte de estos planetas. Las capas más profundas del hidrógeno líquido a menudo se encuentran bajo una presión tan alta que adquiere propiedades metálicas el hidrógeno metálico sólo es estable bajo una presión tan extrema. Los cálculos sugieren que el material rocoso del núcleo se disuelve en el hidrógeno metálico [2] y, por lo tanto, el núcleo de los planetas gaseosos más grandes tampoco tiene una superficie sólida.

Los gigantes de hielo del sistema solar, Urano y Neptuno , consisten solo en una proporción comparativamente pequeña de hidrógeno y helio, principalmente agua ( hielo ), amoníaco y metano.

Desarrollo con las estrellas

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En 2007, los astrónomos que usaron el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA [2]​ encontraron evidencia que mostraba que los planetas gigantes gaseosos se forman rápidamente, dentro de los primeros 10 millones de años de vida de una estrella similar al Sol.

Los gigantes gaseosos podrían comenzar en el disco de escombros rico en gas que rodea a una estrella joven. Un núcleo producido por las colisiones entre asteroides y cometas proporciona una semilla, y cuando este núcleo alcanza la masa suficiente, su atracción gravitacional atrae rápidamente el gas del disco para formar el planeta.

Utilizando Spitzer y telescopios terrestres, los científicos buscaron rastros de gas alrededor de 15 estrellas diferentes similares al Sol, la mayoría con edades que oscilan entre los 3 y los 30 millones de años[3]​. Con la ayuda del instrumento espectrómetro infrarrojo de Spitzer, pudieron buscar gas relativamente cálido en las regiones internas de estos sistemas estelares, un área comparable a la zona entre la Tierra y Júpiter en nuestro propio sistema solar. También utilizaron radiotelescopios terrestres para buscar gas más frío en las regiones exteriores de estos sistemas, un área comparable a la zona alrededor de Saturno y más allá.

Todas las estrellas del estudio, incluidas aquellas de unos pocos millones de años, tienen menos del 10 por ciento de la masa de Júpiter en forma de gas girando a su alrededor. Esto indica que los planetas gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno ya se formaron en estos jóvenes sistemas planetarios, o nunca lo harán.

Extrasolares

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Impresión artística de la formación de un gigante gaseoso alrededor de la estrella HD 100546

Gigantes de gas frío

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Un gigante gaseoso frío rico en hidrógeno más masivo que Júpiter pero menos de aproximadamente 500 MTierra (1.6 MJ) solo será un poco más grande en volumen que Júpiter .[4]​ Para masas superiores a 500 MTierra, la gravedad hará que el planeta se encoja (ver materia degenerada).[4]​

El calentamiento Kelvin–Helmholtz puede hacer que un gigante gaseoso irradie más energía que la que recibe de su estrella asociada.[5]​[6]​

Enanos gaseosos

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Aunque las palabras «gas» y «gigante» a menudo se combinan, los planetas de hidrógeno no tienen por qué ser tan grandes como los familiares gigantes gaseosos del Sistema Solar. Sin embargo, los planetas gaseosos más pequeños y los planetas más cercanos a su estrella perderán masa atmosférica más rápidamente a través del escape hidrodinámico que los planetas más grandes y los planetas más alejados.[7]​[8]​

Un enano gaseoso podría definirse como un planeta con un núcleo rocoso que ha acumulado una gruesa capa de hidrógeno, helio y otros volátiles, dando como resultado un radio total de entre 1,7 y 3,9 radios terrestres.[9]​[10]​

El planeta extrasolar más pequeño que se conoce que probablemente sea un «planeta gaseoso» es Kepler-138d, el cual cuenta con la misma masa que la Tierra pero es un 60% más grande y por lo tanto posee una densidad que es indicador de una cubierta de gas.[11]​

Un planeta gaseosos de masa pequeña puede aun tener un radio que se aproxima al de un gigante gaseoso si cuenta con la temperatura apropiada.[12]​

Referencias

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Véase también

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Enlaces externos

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Lo que tenemos normalmente es una estrella en formación y que, por la conservación del momento angular, se forma un disco alrededor de ella. Esto es lo que llamamos discos protoplanetarios y son discos de gas y polvo.

En ellos es donde se empiezan a formar los planetas. Las partículas de polvo comienzan a chocar, se van juntando y así van apareciendo cuerpos más grandes. A medida que va avanzando el tiempo hay partículas que salen del sistema, otras que acaban en la estrella y otras que se van acumulando formando primero rocas; luego forman planetesimales, como pequeños asteroides; y luego ya tenemos protoplanetas como del tamaño de la Luna que pueden seguir evolucionando a planetas terrestres o a gigantes helados o gaseosos.

El disco en el que se forma todo esto tiene gas que está compuesto en su mayoría por hidrógeno y helio. Cuando los cuerpos rocosos que se han formado en él alcanzan una determinada masa, que normalmente está entre diez y veinte masas terrestres, tienen una gravedad tan grande que cuando van pasando por el disco, una gran parte del gas se une a ellos. Por ejemplo, en el caso de Júpiter, cuando llegó a esta masa crítica que te decía, el helio y el hidrógeno se fueron acumulando de forma muy rápida y el planeta se hizo cada vez mayor.

Te recuerdo que Júpiter, el planeta más grande del Sistema Solar, es uno de los gigantes gaseosos y tiene una masa 318 veces mayor que la de la Tierra. Y cómo dices en tu pregunta, a pesar de que es un planeta gaseoso tiene satélites rocosos así que nos sirve de ejemplo para que veas por qué ocurre así.

Mientras Júpiter se está formando, en el resto del disco sigue habiendo planetesimales, protoplanetas, polvo, piedras, etc… y todos estos corpúsculos siguen dando vueltas. Y a la vez, como Júpiter es muy grande también tiene una nube de gas que colapsa, como había pasado con la estrella, y eso hace que tengamos también un disco de polvo y gas alrededor de Júpiter.

Júpiter, captado por ‘Juno’, con su lunas Ío y Europa de fondo.

NASA

O sea que tenemos un disco alrededor de la estrella y en el que se están formando los planetas, y un disco, alrededor de Júpiter, en el que también hay gas y polvo. Y en este segundo disco también se pueden formar cuerpos sólidos igual que ha ocurrido en el disco que rodea a la estrella.

Hay varias teorías y lo cierto es que todavía no estamos seguros de cómo se formaron por ejemplo los satélites de Júpiter y planetas similares. Pero creemos que han podido pasar dos cosas, o que dentro de ese disco de gas que Júpiter tiene alrededor se hayan formado ya planetesimales, es decir que las piedras se han ido agregando y formando cuerpos que al final serán los satélites de Júpiter; o que como Júpiter va dando vueltas en el disco alrededor de la estrella, haya atrapado planetesimales que, como el propio Júpiter, estaban girando en el disco. Es decir, puede ser que los satélites se hayan generado en el propio disco de Júpiter o que los haya atrapado del disco de la estrella en el que todos giran.

Una erupción volcánica en la luna de Júpiter, Io, vista por la nave ‘Galileo’.

NASA

Sea cual sea el origen de esos cuerpos que se convierten en satélites de un gran planeta gaseoso, no llegan a alcanzar la masa suficiente para que su gravedad atraiga mucho gas hacia ellos. El hidrógeno y el helio son demasiado livianos y escapan de estos cuerpos. Así que con lo que nos encontramos son esos cuerpos rocosos que quedan dando vueltas alrededor de los gigantes gaseosos.

Es decir, la idea es que para tener una de esas gigantescas atmósferas de gas necesitas tener un núcleo rocoso suficientemente grande como para que su gravedad sea capaz de mantener atrapados el hidrógeno y el helio en grandes cantidades. Y eso no ocurre con los satélites porque no son tan grandes, aunque no podemos descartar que en otros sistemas solares algunos pudieran ser lo suficientemente masivos como para mantener pequeñas atmósferas de hidrógeno y helio.

Ana Heras es doctora en Ciencias Físicas, jefa científica del proyecto PLATO y de la sección de Observatorios de Astrofísica de la Agencia Espacial Europea (ESA)

Pregunta enviada por Manuel Pedregosa

Coordinación y redacción: Victoria Toro

Nosotras respondemos es un consultorio científico semanal, patrocinado por la Fundación Dr. Antoni Esteve y el programa L’Oréal-Unesco ‘For Women in Science’, que contesta a las dudas de los lectores sobre ciencia y tecnología. Son científicas y tecnólogas, socias de AMIT (Asociación de Mujeres Investigadoras y Tecnólogas), las que responden a esas dudas. Envía tus preguntas a [email protected] o por Twitter #nosotrasrespondemos.

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