Júpiter es el planeta más grande del sistema solar. En términos de masa, Júpiter se eleva sobre los otros planetas. Si reunieras todos los demás planetas en una sola masa, Júpiter aún sería 2.5 veces más masivo. Es difícil subestimar cuán grande es Júpiter. Pero como hemos descubierto miles de exoplanetas en las últimas décadas, plantea una pregunta interesante sobre cómo se compara Júpiter. Dicho de otra manera, ¿qué tan grande puede ser un planeta? La respuesta es más sutil de lo que piensas.
La respuesta simple es que un planeta grande es algo demasiado pequeño para ser una estrella. La definición habitual para una estrella es que debe ser lo suficientemente grande como para fusionar hidrógeno en helio en su núcleo. Una estrella de secuencia principal es aquella en la que el calor y la presión generados por la fusión están equilibrados por el peso gravitacional de la estrella.
Las estrellas están hechas principalmente de hidrógeno y helio, y es seguro asumir que los planetas más grandes tendrían una composición similar. El Sol está hecho de aproximadamente 75% de hidrógeno y 24% de helio, siendo el otro 1% elementos más pesados. Júpiter es aproximadamente el 71% de hidrógeno, el 24% de helio y el 5% de otros. Así que supongamos que cualquier planeta grande tiene 3 partes de hidrógeno por 1 parte
helio.
Mientras no haya fusión, un planeta grande estará en un estado de equilibrio hidrostático. Eso significa que el peso de todo ese gas que intenta colapsarse sobre sí mismo está equilibrado por la presión del gas que no quiere ser exprimido. Cuanta más masa tenga, más se exprime el interior y se calienta más. Con suficiente masa, el interior se calienta lo suficiente como para que el hidrógeno comience a fusionarse en helio. Esa masa crítica es de unos 80 Júpiter. Cualquier cosa con más masa que esa debe ser una estrella.
Pero ese no es el mejor límite superior, porque hay objetos en el universo conocidos como enanas marrones. Estos objetos son como estrellas porque no están en equilibrio hidrostático. Sus interiores generan calor como una estrella, e incluso pueden fusionar hidrógeno en deuterio, pero no en helio. Por otro lado, las enanas marrones más pequeñas tienen superficies frías y nubladas, y se verían como un planeta. El límite inferior de masa para una enana marrón es de aproximadamente 13 masas de Júpiter.
En términos de masa, 13 masas de Júpiter es un buen límite superior. Pero cuando se trata de planetas grandes, los más masivos no son en realidad los de mayor tamaño.
A diferencia de los sólidos, que no se comprimen mucho bajo presión, los gases pueden comprimirse significativamente. Entonces, a medida que agrega masa a un planeta gaseoso, su volumen no aumenta en la misma cantidad. Por ejemplo, Júpiter es tres veces la masa de Saturno pero es menos del 20% más grande en volumen. Volviendo a nuestro modelo de equilibrio hidrostático, los planetas más masivos son en realidad más pequeños que Júpiter en tamaño.
Hace unos años, Jingjing Chen y David Kipping observaron cómo el tamaño de los planetas puede variar según su masa. [^ 1] Descubrieron que hay un punto de transición entre los mundos de tipo Neptuno donde más masa tiende a aumentar su tamaño y Júpiter. -tipo mundos donde más masa tiende a simplemente comprimir más el gas. Ese punto crítico es aproximadamente la mitad de la masa de Júpiter, por lo que los planetas más grandes deberían tener alrededor de esa masa. Esto concuerda con la observación. El exoplaneta más grande confirmado es WASP-17b. Es aproximadamente el doble del tamaño de Júpiter, pero tiene solo el 49% de la masa de Júpiter.
Por supuesto, hay otros factores que entran en juego, como la composición y la temperatura. Los exoplanetas más grandes conocidos tienden a ser Júpiter calientes que orbitan cerca de su estrella. Esto significa que son mucho más cálidos y menos densos que un planeta joviano frío como Júpiter. Júpiter también tiene un núcleo rocoso denso, lo que significa que es más pequeño de lo que sería si estuviera hecho solo de hidrógeno y helio.
Pero incluso teniendo en cuenta estos factores, los planetas jovianos son claramente los planetas más grandes y masivos que pueden existir. Júpiter no es el planeta más grande del universo, pero es uno de los gigantes.
Fuente: Predicción probabilística de las masas y radios de otros mundos, por Chen, Jingjing y David Kipping.
