Astrónomos descubren un sistema solar cercano de seis planetas con una «configuración prístina»

(CNN) — Astrónomos utilizaron dos satélites diferentes de detección de exoplanetas para resolver un misterio cósmico y revelar una rara familia de seis planetas ubicados a unos 100 años luz de la Tierra. El hallazgo podría ayudar a los científicos a descubrir los secretos de la formación de planetas.

Los seis exoplanetas orbitan una estrella brillante similar al sol llamada HD110067, que se encuentra en la constelación de Coma Berenices en el cielo del norte. Los planetas, más grandes que la Tierra pero más pequeños que Neptuno, pertenecen a una clase poco comprendida llamada subneptunos que se encuentran comúnmente orbitando estrellas similares al Sol en la Vía Láctea. Y los planetas, etiquetados de la b a la g, giran alrededor de la estrella en una danza celestial conocida como resonancia orbital.

Hay patrones discernibles a medida que los planetas completan sus órbitas y ejercen fuerzas gravitacionales entre sí, según un estudio publicado este miércoles en la revista Nature. Por cada seis órbitas completadas por el planeta b, el planeta más cercano a la estrella, el planeta más externo, g, completa una.

Mientras el planeta c hace tres revoluciones alrededor de la estrella, el planeta d hace dos, y cuando el planeta e completa cuatro órbitas, el planeta f hace tres.

Este ritmo armónico crea una cadena resonante, con los seis planetas alineándose cada pocas órbitas.

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Lo que hace que esta familia planetaria sea un hallazgo inusual es que poco ha cambiado desde que el sistema se formó hace más de mil millones de años, y la revelación podría arrojar luz sobre la evolución de los planetas y el origen de los subneptunos predominantes en nuestra galaxia.

Exoplanetas

Las órbitas de los seis planetas que giran alrededor de una estrella llamada HD110067 crean un patrón geométrico debido a su resonancia. (Crédito: Thibaut Roger/NCCR PlanetS)

Descubriendo un misterio

Los investigadores se dieron cuenta por primera vez del sistema estelar en 2020 cuando el satélite de estudio de exoplanetas en tránsito de la NASA, o TESS, detectó caídas en el brillo de HD110067. Una caída en la luz de las estrellas a menudo sugiere la presencia de un planeta que pasa entre su estrella anfitriona y un satélite de observación a medida que el planeta viaja a lo largo de su trayectoria orbital. La detección de estas caídas de luminosidad, conocida como método de tránsito, es una de las principales estrategias utilizadas por los científicos para identificar exoplanetas a través de telescopios terrestres y espaciales.

Los astrónomos determinaron los períodos orbitales de dos planetas alrededor de la estrella a partir de esos datos de 2020. Dos años más tarde, TESS volvió a observar la estrella y la evidencia sugirió diferentes períodos orbitales para esos planetas.

Cuando los conjuntos de datos no cuadraban, el astrónomo y autor principal del estudio, Rafael Luque, y algunos de sus colegas decidieron echar otro vistazo a la estrella utilizando un satélite diferente: el satélite caracterizador ExOPlanet de la Agencia Espacial Europea, o Cheops. Mientras que TESS se utiliza para observar fracciones del cielo nocturno en observaciones breves, Cheops observa una estrella a la vez.

Esta ilustración de un artista muestra a Keops en órbita alrededor de la Tierra mientras busca exoplanetas. (Crédito: ESA/ATG medialab)

“Fuimos a buscar señales entre todos los períodos potenciales que podrían tener esos planetas”, dijo Luque, investigador postdoctoral en el departamento de astronomía y astrofísica de la Universidad de Chicago.

Los datos recopilados por Cheops ayudaron al equipo a resolver la “historia policial” iniciada por TESS, dijo. Keops pudo determinar la presencia de un tercer planeta en el sistema, lo que fue crucial para confirmar los períodos orbitales de los otros dos planetas, así como su resonancia rítmica.

Mientras el equipo comparaba el resto de los datos inexplicables de TESS con las observaciones de Keops, descubrieron los otros tres planetas orbitando la estrella. Las observaciones posteriores con telescopios terrestres confirmaron la presencia de los planetas.

El tiempo dedicado que Cheops pasó observando la estrella ayudó a los astrónomos a aclarar las señales mixtas de los datos TESS para determinar cuántos planetas cruzaban frente a la estrella y la resonancia de sus órbitas.

“Keops nos dio esta configuración resonante que nos permitió predecir todos los demás períodos. Sin esa detección de Cheops hubiera sido imposible”, dijo Luque.

El planeta más cercano tarda poco más de nueve días terrestres en completar una órbita alrededor de la estrella, y el más distante tarda unos 55 días. Todos los planetas tienen revoluciones más rápidas alrededor de su estrella que Mercurio, que tarda 88 días en completar una vuelta alrededor del sol.

Dado lo cerca que están de HD110067, los planetas probablemente tengan temperaturas promedio vertiginosas similares a las de Mercurio y Venus, que oscilan entre 166.7 grados centígrados y 526.7 grados centígrados.

Por qué es importante el ritmo planetario

La formación de sistemas planetarios, como nuestro propio sistema solar, puede ser un proceso violento. Si bien los astrónomos creen que los planetas tienden a formarse inicialmente en resonancia alrededor de las estrellas, la influencia gravitacional de los planetas masivos, un roce con una estrella que pasa o una colisión con otro cuerpo celeste pueden alterar el equilibrio armónico.

La mayoría de los sistemas planetarios no están en resonancia, y aquellos con múltiples planetas que han conservado sus órbitas rítmicas iniciales son raros, razón por la cual los astrónomos quieren estudiar en detalle HD110067 y sus planetas como un “fósil raro”, dijo Luque.

“Creemos que sólo alrededor del uno por ciento de todos los sistemas permanecen en resonancia”, dijo Luque en un comunicado. «Nos muestra la configuración prístina de un sistema planetario que ha sobrevivido intacto».

El descubrimiento es la segunda vez que Keops ayuda a revelar un sistema planetario con resonancia orbital. El primero, conocido como TOI-178, se anunció en 2021.

“Como dice nuestro equipo científico: Cheops está haciendo que descubrimientos sobresalientes parezcan ordinarios. De sólo tres sistemas resonantes de seis planetas conocidos, este es ahora el segundo encontrado por Cheops, y en sólo tres años de operaciones”, dijo Maximilian Günther, científico del proyecto Cheops de la ESA, en un comunicado.

Un objetivo de observación perfecto

El sistema también se puede utilizar para estudiar cómo se forman los subneptunos, dijeron los autores del estudio.

Si bien los subneptunos son comunes en la Vía Láctea, no existen en nuestro propio sistema solar. Y hay poco acuerdo entre los astrónomos sobre cómo se forman estos planetas y de qué están hechos, por lo que un sistema completo formado por subneptunos podría ayudar a los científicos a determinar más sobre su origen, dijo Luque.

Se han encontrado muchos exoplanetas orbitando estrellas enanas que son mucho más frías y más pequeñas que nuestro sol, como el famoso sistema TRAPPIST-1 y sus siete planetas, anunciado en 2017. Si bien el sistema TRAPPIST-1 también tiene una cadena resonante, la debilidad de la estrella anfitriona dificulta las observaciones.

Pero HD110067, que tiene el 80% de la masa de nuestro sol, es la estrella más brillante conocida con más de cuatro planetas en órbita, por lo que observar el sistema es mucho más fácil.

Las detecciones iniciales de la masa de los planetas sugieren que algunos de ellos tienen atmósferas hinchadas y ricas en hidrógeno, lo que los convierte en objetivos ideales de estudio para el Telescopio Espacial James Webb. A medida que la luz de las estrellas se filtra a través de las atmósferas de los planetas, Webb se puede utilizar para determinar la composición de cada mundo.

“Los planetas subneptuno del sistema HD110067 parecen tener masas bajas, lo que sugiere que pueden ser ricos en gas o agua. Las observaciones futuras de estas atmósferas planetarias, por ejemplo con el telescopio espacial James Webb, podrían determinar si los planetas tienen estructuras interiores rocosas o ricas en agua”, dijo la coautora del estudio Jo Ann Egger, estudiante de doctorado en astrofísica de la Universidad de Berna en Suiza en un comunicado.

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