Seis exoplanetas detectados en un vals cósmico alrededor de una estrella cercana

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Los astrónomos han utilizado dos satélites diferentes de detección de exoplanetas para resolver un misterio cósmico y revelar una rara familia de seis planetas ubicada a unos 100 años luz de la Tierra. El descubrimiento podría ayudar a los científicos a descubrir los secretos de la formación de planetas.

Los seis exoplanetas orbitan alrededor de una estrella brillante similar al Sol llamada HD110067, que se encuentra en la constelación de Coma Berenices en el cielo del norte. Más grandes que la Tierra pero más pequeños que Neptuno, los planetas 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 por bolsa, giran alrededor de la estrella en una danza celestial conocida como resonancia orbital.

Según un estudio publicado el miércoles en revista naturaleza. 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 de resonancia, con los seis planetas alineándose cada pocas órbitas.

Lo que hace que esta familia planetaria sea un descubrimiento 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 subneptunianos predominantes. en nuestra galaxia natal.

Los investigadores notaron por primera vez el 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 pasando 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 brillo, 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 datos de 2020. Dos años después, TESS volvió a observar la estrella y la evidencia sugirió diferentes períodos orbitales para esos planetas.

Cuando los datos no cuadraron, 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 Caracterización del satélite ExOPlanet de la Agencia Espacial Europeao Keops. Mientras que TESS se utiliza para observar fracciones del cielo nocturno en observaciones breves, Cheops observa una estrella a la vez.

«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 el «crimen» iniciado por TESS, dijo. Keops logró 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 otros tres planetas orbitando la estrella. Observaciones posteriores con telescopios terrestres confirmaron la presencia de los planetas.

El tiempo que Cheops dedicó a observar la estrella ayudó a los astrónomos a aclarar las señales contradictorias 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 la toma de poder 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, mientras que el más distante tarda unos 55 días. Todos los planetas tienen revoluciones alrededor de su estrella más rápidas que Mercurio, que tarda 88 días en completar una revolución alrededor del sol.

Teniendo en cuenta lo cerca que están de HD110067, los planetas probablemente tengan temperaturas promedio muy similares a las de Mercurio y Venus, oscilando entre 332 grados Fahrenheit y 980 grados Fahrenheit (167 grados Celsius y 527 grados Celsius).

La formación de sistemas planetarios, como nuestro sistema solar, puede ser un proceso violento. Si bien los astrónomos creen que los planetas inicialmente tienden a formarse en resonancia alrededor de las estrellas, la influencia gravitacional de 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 HD110067 y sus planetas en detalle como un “fósil raro”, dijo Luque.

«Creemos que sólo alrededor del 1% de todos los sistemas permanecen en resonancia», dijo Luque en un comunicado. «Nos muestra la configuración original de un sistema planetario que sobrevivió intacto».

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

“Como dice nuestro equipo científico: Keops hace que los descubrimientos excepcionales parezcan ordinarios. De los tres sistemas resonantes de seis planetas conocidos, este es ahora el segundo descubierto por Cheops y en sólo tres años de funcionamiento”, dijo en un comunicado el científico del proyecto Cheops de la ESA, Maximilian Günther.

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

Aunque los subneptunos son comunes en la Vía Láctea, no existen en nuestro 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 mucho más frías y más pequeñas que nuestro Sol, como el famoso sistema TRAPPIST-1 y sus siete planetasanunciado en 2017. Aunque 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 primeras detecciones de las masas de los planetas sugieren que algunos de ellos tienen atmósferas hinchadas y ricas en hidrógeno, lo que los convierte en objetivos de estudio ideales 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 internas rocosas o ricas en agua”, dijo la coautora del estudio Jo Ann Egger, candidata a doctorado en astrofísica en la Universidad de Berna. en Suiza, en un comunicado.