¿Cómo se forman los sistemas planetarios como nuestro Sistema Solar y qué tan temprano en la vida de una estrella comienzan los planetas a dar forma a sus trayectorias? El último análisis de datos del telescopio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA), en combinación con las observaciones del radiotelescopio ALMA en Chile, ofrece la visión estadística más detallada hasta la fecha de lo que sucede en las partes internas de los discos protoplanetarios alrededor de estrellas muy jóvenes. En 31 de los 98 sistemas jóvenes analizados, los astrónomos observaron un sutil “bamboleo” de las estrellas que revela una sociedad oculta: planetas, enanas marrones y estrellas adicionales.

De nubes de gas a un sistema estelar “bebé”

Cada sistema estelar comienza como una vasta y fría nube de gas y polvo en el espacio interestelar. Bajo su propia gravedad, la nube comienza a colapsar. A medida que el material fluye hacia el centro, la nube se acelera, se aplana y toma la forma de un disco giratorio. En el centro se forma un núcleo denso e incandescente —la futura estrella— mientras que a su alrededor se extiende un disco protoplanetario, un reservorio de material a partir del cual nacen planetas, lunas y cuerpos menores.

En parte de estos discos, los astrónomos observan un gran espacio interno “vacío”, una cavidad en el polvo a distancias de entre unas pocas y varias decenas de unidades astronómicas (UA) de la estrella. Estos objetos se denominan discos de transición. Los huecos no están realmente vacíos por completo —todavía contienen gas y partículas finas— pero la falta de polvo es visible en longitudes de onda infrarrojas y milimétricas. Una de las principales explicaciones durante mucho tiempo fue que las cavidades son excavadas por un planeta masivo o varios planetas que “limpian” sus órbitas.

Gracias al interferómetro ALMA, en los últimos años los astrónomos han fotografiado discos de transición con una resolución espacial increíble. En los collages obtenidos por ALMA, los discos se muestran a menudo en tonos naranja y púrpura, donde los anillos más brillantes indican acumulaciones de polvo milimétrico. En el trabajo más reciente, parte de esas imágenes de ALMA —31 sistemas estelares “bebé”— se han ensamblado en una imagen común en la que, en la esquina inferior derecha, se encuentra también una reconstrucción del joven Sistema Solar a una edad de aproximadamente un millón de años, con la órbita de Júpiter indicada como referencia.

Gaia: el telescopio espacial que mide el “traspié” de las estrellas

El telescopio espacial Gaia fue lanzado en 2013 con la tarea principal de elaborar un mapa tridimensional de nuestra Galaxia. Durante más de diez años de funcionamiento, ha medido las posiciones, distancias y movimientos de unos 2.500 millones de estrellas con una precisión que antes se consideraba inalcanzable. En lugar de una “imagen” clásica, Gaia escanea repetidamente todo el cielo y registra pequeños desplazamientos de las estrellas en el firmamento —astrometría— en tamaños angulares del orden de microsegundos de arco.

Si alrededor de alguna estrella se encuentra un compañero masivo, ya sea un planeta, una enana marrón u otra estrella, la gravedad de ese objeto moverá no solo al satélite, sino también a la propia estrella. En lugar de deslizarse tranquilamente por el espacio, la estrella describe una diminuta espiral alrededor del centro de masa común del sistema. Gaia puede registrar precisamente ese “traspié” —bamboleo astrométrico— como una desviación del movimiento rectilíneo esperado. Cuanto más masivo sea el compañero y más amplia sea su órbita, más fácil será detectar esa señal.

Esta técnica ya se ha utilizado para descubrir planetas masivos y enanas marrones alrededor de estrellas más viejas. En 2025, por ejemplo, el análisis de los datos de Gaia confirmó la existencia del super-Júpiter Gaia-4b y de la enana marrón Gaia-5b alrededor de dos estrellas de baja masa, siendo la primera vez que Gaia descubre de forma independiente un exoplaneta exclusivamente mediante astrometría. Pero el nuevo estudio ha ido un paso más allá: el mismo método se ha aplicado ahora a estrellas que están apenas en fase de formación y todavía se encuentran inmersas en discos protoplanetarios.

Caza estadística de compañeros en 98 discos de transición

El equipo dirigido por Miguel Vioque del Observatorio Europeo Austral (ESO) se centró en 98 estrellas jóvenes con discos de transición. Se trata de objetos cuya estructura ya ha sido estudiada en detalle con ALMA, lo que significa que el tamaño y la forma de sus cavidades de polvo son bien conocidos. El objetivo era responder a dos preguntas relacionadas: con qué frecuencia estos discos tienen compañeros masivos en las partes internas del sistema y si esos compañeros pueden ser realmente responsables de la formación de las cavidades de polvo observadas.

Utilizando los últimos datos de Gaia, los investigadores calcularon las llamadas anomalías de movimiento propio —la diferencia entre el movimiento esperado y el medido de cada estrella en el cielo— y analizaron el parámetro RUWE, que mide qué tan bien describe las observaciones el modelo simple de punto-parámetro de Gaia. Una desviación significativa suele significar que detrás de una estrella “simple” se esconde un sistema más complejo con un compañero.

El análisis muestra que 31 de los 98 discos de transición (aproximadamente el 32% de la muestra) presentan anomalías astrométricas convincentes que se explican mejor por la presencia de un compañero oculto. Al modelar la combinación de masa y semieje mayor de la órbita que puede producir la señal observada, los autores demostraron que Gaia en esta muestra puede detectar típicamente compañeros con una relación de masa superior a aproximadamente el 1% de la masa de la estrella, a distancias de aproximadamente 0,1 a 30 UA. En traducción, se trata de objetos con masas desde unos pocos Júpiters hasta estrellas de baja masa en órbitas que cubren la región donde en nuestro sistema orbitan la Tierra, Júpiter y Saturno.

Siete candidatos de masa planetaria, enanas marrones y estrellas adicionales

El resultado más emocionante del estudio es la identificación de siete sistemas en los que la señal astrométrica es compatible con un compañero de masa planetaria, menor a unas 13 masas de Júpiter. Se trata de las estrellas HD 100453, J04343128+1722201, J16102955-3922144, MHO 6, MP Mus, PDS 70 y Sz 76. Algunos de estos objetos ya son conocidos por sus interesantes discos o incluso por planetas descubiertos previamente, pero Gaia ofrece ahora una confirmación independiente de que en sus zonas internas actúan realmente masivos “arquitectos” gravitatorios.

En otros ocho sistemas, los datos coinciden mejor con la existencia de enanas marrones, objetos con masas entre los planetas más masivos y las estrellas más pequeñas, que no tienen masa suficiente para mantener la fusión de hidrógeno en el núcleo a largo plazo. Estos embriones estelares “fallidos” son especialmente interesantes porque desdibujan la frontera entre planetas y estrellas: ¿se forman como las estrellas, por el colapso directo de una nube, o como los planetas, por la acumulación de material en un disco?

El resto de las detecciones —unas dieciséis según las estimaciones— representa probablemente estrellas de baja masa adicionales en sistemas binarios o múltiples. En estos casos, el compañero es tan masivo que, según todos los criterios, pertenece al dominio estelar, aunque siga desarrollándose rodeado por el disco de gas y polvo restante. En conjunto, la mayoría de los compañeros observados son más masivos que 30 masas de Júpiter, lo que significa que los discos de transición ocultan a menudo una sociedad inesperadamente “pesada”.

Cavidades en los discos: ¿dónde están los planetas que las excavaron?

Una de las preguntas clave que motivó este análisis es: ¿pueden los compañeros observados explicar las grandes cavidades de polvo que vemos en las imágenes de ALMA de los discos de transición? Intuitivamente, un planeta masivo o una enana marrón en una órbita adecuada debería “limpiar” el material de su área circundante, creando estructuras anulares y huecos en el disco. Sin embargo, los resultados muestran que la historia es más compleja.

En aproximadamente la mitad de los compañeros detectados —los autores mencionan un 53% de los casos— los modelos simples no logran reconciliar sus parámetros orbitales y su masa con el tamaño y la forma de las cavidades de polvo. En otras palabras, incluso cuando sabemos que existe un compañero, parece que no puede crear por sí solo la estructura de disco que observamos. En estos casos, las cavidades se forman probablemente por la acción de otros compañeros aún no descubiertos a mayores distancias, o en combinación con procesos como la fotoevaporación del disco por la radiación de alta energía de la estrella, campos magnéticos y turbulencia en el gas.

Estos resultados se suman a la “revolución de los discos de transición” más amplia que dura ya más de una década. Las observaciones sistemáticas con ALMA han demostrado que los anillos, arcos y espirales en los discos no son la excepción, sino la regla. En parte de esas estructuras se han descubierto directamente los planetas que las crean, pero en muchos casos todavía falta el “culpable”. La visión astrométrica de Gaia confirma ahora que en los discos de transición existe un rico inventario de compañeros masivos, pero también que su sola presencia no siempre ofrece una explicación sencilla para todo lo que vemos.

El joven Sistema Solar como referente

En la visualización del nuevo estudio, el panel dedicado a nuestro propio sistema es especialmente interesante. Los investigadores han reconstruido cómo podría haber sido el Sistema Solar a la edad de aproximadamente un millón de años, cuando los planetas apenas se estaban formando a partir del disco protoplanetario. El Sol se sitúa en el centro de la imagen (aunque no se muestra explícitamente), y la órbita de Júpiter está marcada por un anillo azul (cian). Este anillo se utiliza también en los demás paneles como referencia para comparar escalas: qué tan grandes o pequeños son los sistemas estelares “bebé” respecto a aquel del que nació nuestro hogar.

Tal representación permite al lector comprender intuitivamente de qué distancias se trata. Mientras que algunos discos de transición tienen cavidades más pequeñas que la órbita de Júpiter, otros se extienden mucho más allá, hasta la región donde en nuestro sistema orbitan Urano y Neptuno. Comprender cómo se forman y migran los planetas en estos discos significa, en última instancia, comprender también por qué nuestro Sistema Solar resultó exactamente así, con cuatro planetas rocosos en la parte interna y cuatro gigantes en la externa.

Qué dice el nuevo descubrimiento sobre la formación de planetas

La combinación de la astrometría de Gaia y las imágenes de ALMA de los discos de transición abre una nueva fase en la investigación de la formación de planetas. A diferencia de los descubrimientos espectaculares individuales, este estudio ofrece una visión estadística de una muestra completa de casi cien sistemas estelares jóvenes. Cuando estos resultados se combinan con modelos teóricos, queda más claro que las cavidades de polvo no siempre pueden explicarse por un solo planeta gigante: a menudo es más probable que se trate de varios planetas, una combinación de planetas y enanas marrones o de planetas que se esconden a distancias mayores que aquellas para las que Gaia es más sensible actualmente.

Por otro lado, el éxito de Gaia en encontrar compañeros en los discos de transición confirma que los objetos masivos se forman realmente muy pronto, mientras el disco aún existe. Esto encaja en el panorama general que ofrecen otros descubrimientos recientes. Por ejemplo, las observaciones del joven sistema HOPS-315 con el telescopio James Webb y ALMA durante el año 2025 mostraron los primeros rastros de granos minerales calientes que se endurecen en un disco de apenas unos cientos de miles de años, las “semillas” más tempranas de futuros planetas. Tales resultados sugieren que el proceso de formación de cuerpos sólidos comienza excepcionalmente pronto, y Gaia añade ahora la prueba de que los compañeros masivos ya pueden remodelar considerablemente el disco en ese momento.

En la imagen global, los discos de transición representan una fase de transición entre un disco “joven” lleno de gas y polvo y una etapa posterior en la que predominan los planetas y cuerpos menores como asteroides y cometas. Comprender el papel de los compañeros en esa fase es clave para responder a la pregunta de qué tan parecidos o diferentes son los sistemas planetarios típicos de nuestra Galaxia respecto al Sistema Solar.

Gaia ha terminado sus observaciones, pero los datos apenas empiezan a “trabajar”

Aunque el telescopio espacial Gaia terminó la recolección de datos científicos a principios de 2025, su revolución astrométrica durará todavía años. Las observaciones rutinarias cesaron el 15 de enero de 2025 y la misión se dio por concluida formalmente en la primavera del mismo año. Para entonces se había recopilado una base con información sobre las posiciones, velocidades y propiedades físicas de aproximadamente 2.500 millones de fuentes, desde asteroides en el Sistema Solar hasta quásares distantes.

Hasta ahora se ha publicado la tercera gran entrega de datos (DR3), pero en segundo plano ya se prepara el siguiente paso. La cuarta gran edición de datos, Gaia DR4, se espera para 2026 y se basará en los primeros 5,5 años de observaciones. En ella deberían aparecer las primeras grandes colecciones de candidatos a exoplanetas descubiertos por astrometría, potencialmente miles de nuevos planetas y enanas marrones alrededor de estrellas en nuestra vecindad cósmica.

El estudio de los discos de transición dirigido por Vioque se vincula precisamente con esa próxima ola. Aunque se trata de una muestra dirigida de “solo” 98 estrellas, los métodos desarrollados en este trabajo han demostrado que los datos de Gaia pueden aplicarse con éxito también a fuentes jóvenes y variables, donde procesos adicionales —como los chorros de acreción, las manchas estelares y la dispersión de la luz en el disco— pueden alterar la señal astrométrica. Los autores concluyen que estos efectos no dominan y que la astrometría puede utilizarse de forma robusta incluso en las fases más tempranas de la vida de las estrellas.

Sinergia con los telescopios del futuro

La lista de compañeros que Gaia ha identificado ahora en los discos de transición representa un catálogo ideal de objetivos para observaciones posteriores. El telescopio James Webb, con instrumentos sensibles en el infrarrojo, puede “asomarse” a las partes internas de los discos e intentar detectar directamente la radiación térmica de jóvenes masas planetarias o estudiar la composición química del gas en su proximidad. ALMA puede distinguir además la estructura del polvo y el gas alrededor de los candidatos descubiertos por Gaia, mientras que los futuros gigantes terrestres como el Telescopio Extremadamente Grande (ELT) podrán fotografiar directamente algunos de estos objetos.

Tal sinergia es clave para comprender la formación de planetas. Gaia ofrece una visión global y “dinámica”: nos muestra cómo reacciona la estrella a la gravedad del compañero; mientras que ALMA, James Webb y otros telescopios proporcionan una “instantánea” de los propios discos y planetas. Juntos, separarán los casos en los que un compañero masivo domina la dinámica de aquellos en los que múltiples planetas, quizá menos masivos y distribuidos a diferentes distancias, son los responsables de la estructura del disco.

A medida que se acerca la publicación de Gaia DR4, los astrónomos esperan que el número de compañeros conocidos —desde planetas hasta enanas marrones— en sistemas jóvenes y maduros aumente drásticamente. Los últimos resultados de los discos de transición muestran que probablemente habrá entre ellos toda una población de objetos ocultos que actúan dentro de las cavidades de polvo, precisamente en las regiones donde, al menos en nuestro caso, se encuentran los bloques de construcción clave para la formación de mundos potencialmente habitables.