LA ARMONÍA DE CINCO EXOMUNDOS

Desde el descubrimiento del primer exoplaneta orbitando otra estrella de tipo solar, en 1995, la diversidad de sistemas planetarios observados continúa desafiando nuestro conocimiento de su formación y evolución.

A la fecha, miles de nuevos planetas en otras estrellas han sido encontrados por diversos métodos, entre ellos, los de velocidad radial y tránsito siguen siendo los más utilizados y con mayores tasas de éxito. En todos los casos, la comunidad astronómica intenta obtener la “película completa” de los sistemas exoplanetarios y constreñir su arquitectura orbital y sus parámetros físicos.

De entre todas las configuraciones conocidas de planetas en otras estrellas, son de particular importancia aquellos donde existen movimientos de resonancia en sus órbitas, esto es, que las razones de los periodos de tiempo que tardan en dar una vuelta a su estrella, mantienen un ritmo constante.

La resonancia de Laplace de tres cuerpos exhibida por tres de las lunas galileanas de Júpiter. Las conjunciones se destacan por breves cambios de color. Hay dos conjunciones Io-Europa (verde) y tres conjunciones Io-Ganimedes (gris) para cada conjunción Europa-Ganimedes (magenta). Este diagrama no está a escala. Fuente: Wikipedia

Un ejemplo de este tipo de resonancia, llamada de Laplace, es la que tienen tres de las cuatro lunas más grandes de Júpiter. Ahí, las lunas Io, Europa y Ganimedes giran alrededor del planeta con un ritmo de 4:2:1 respectivamente. Dicho de otra manera, mientras Ganimedes da una vuelta al gigante de gas, Europa da dos e Io da cuatro.

Pues bien, un grupo extenso de astrónomos ha utilizado varios instrumentos para confirmar la existencia de un sistema de seis planetas en la estrella TOI-178, donde cinco de ellos están girando a un ritmo fijo y raro.

EXOPLANETAS RESONANTES

La historia de este sistema comenzó en 2019 cuando, a partir de observaciones con el telescopio espacial TESS, se detectaron tres candidatos a exoplanetas. Sin embargo, dos de ellos parecían estar casi en la misma órbita. Algo realmente extraño. A partir de entonces, los grupos de investigación se organizaron para estudiar el sistema con otros instrumentos y con diferentes métodos, con el fin de develar lo que estaba pasando.

La nueva investigación ha revelado que el sistema cuenta con seis exoplanetas y que todos menos el más cercano a la estrella están en una danza rítmica fija mientras se mueven en sus órbitas. En otras palabras, estos cinco están en resonancia. Esto significa que hay patrones que se repiten a medida que los planetas giran alrededor de la estrella, y algunos planetas se alinean cada pocas órbitas. Los exoplanetas en TOI-178, una estrella a unos 200 años luz de distancia en dirección de la constelación de Sculptor, son peculiares por lo menos de dos maneras: su arquitectura orbital y sus parámetros físicos.

Representación artística de sistema de exoplanetas en TOI-178. Crédito: ESO/L. Calçada/spaceengine.org

En primer lugar, los cinco planetas exteriores en el sistema TOI-178 siguen una cadencia 18:9:6:4:3, esto es: mientras que el segundo planeta de la estrella (el primero en la cadena de resonancia) completa 18 órbitas, el siguiente da 9 y los siguientes 6, 4 y 3. Estos seis planetas han sido nombrados con la nomenclatura común en exoplanetas, esto es TOI-178-b, TOI-178-c, d, e, f y g.

A la fecha, muy pocos sistemas han mostrado las resonancias de Laplace, entre ellos Kepler-60, Kepler-80, Kepler-223 y Trappist-1. Pero ¿porqué?

Bueno, una respuesta podría ser la fragilidad de estas configuraciones planetarias.

Se sabe que este tipo de conjuntos de órbitas sólo pueden mantenerse de esta manera si no han sido perturbadas de forma gravitacional por otros cuerpos, como planetas o pasos cercanos de estrellas. Estos sistemas tan peculiares sólo pueden sobrevivir con poca dispersión y pocas colisiones muy atrás en el tiempo, cuando aún eran un disco protoplanetario.

Por lo tanto, estos sistemas exoplanetarios son importantísimos para modelar la película sobre cómo se originan y evolucionan estos cuerpos.

Por otro lado, las densidades de los exoplanetas en TOI-178 también muestran algo peculiar. Al parecer el exoplaneta TOI-178-c (ρ⊕=0.90) es casi tan denso como la Tierra y tiene justo al lado a TOI-178-d (ρ⊕=0.15), que es muy esponjoso y con la mitad de la densidad de Neptuno; luego esta TOI-178-e (ρ⊕=0.39) con la densidad algo por arriba de la Neptuno. En este enlace les dejo una referencia de parámetros de planetas del Sistema Solar.

Esto no es tan común de encontrar: en nuestro Sistema Solar, por ejemplo, los planetas rocosos y más densos están más cerca de la estrella central y los planetas gigantes y de baja densidad más lejos.

Para investigar la arquitectura inusual del sistema, el equipo científico utilizó datos del satélite CHEOPS de la Agencia Espacial Europea, junto con los instrumentos ESPRESSO en el telescopio VLT de la ESO, el NGTS y SPECULOOS, ubicados en el Observatorio Paranal de la ESO en Chile. Y como lo dije al inicio, los métodos usados fueron por tránsito y por velocidad radial.

Esta fotografía panorámica captura el Very Large Telescope (VLT) de ESO contra un hermoso crepúsculo en Cerro Paranal. Crédito: ESO/B. Tafresh

El planeta más interno completa una órbita en solo un par de días, mientras que el más lento y lejano tarda unas diez veces más. Los seis planetas tienen tamaños que van desde una hasta tres veces el tamaño de la Tierra, mientras que sus masas van de 1.5 a 8 veces la masa de la Tierra. De hecho, en el sistema hay exoplanetas que son llamados Super-Tierras, con densidad similar a la de nuestro planeta pero de mayor tamaño y Mini-Neptunos, planetas con densidades similares a los gigantes azules de nuestro vecindacio, pero con menor tamaño.

Aunque ninguno de los seis exoplanetas se encuentra en la zona habitable de la estrella, los investigadores sugieren que, al continuar la cadena de resonancia, podrían encontrar planetas adicionales en esta zona o muy cerca de ella.

Para terminar, área de exoplanetas sigue dando enormes sorpresas y continua llevando al límite nuestro conocimiento de otros cuerpos orbitando otra estrellas. En los siguientes años, telescopios como el James Webb Space Telescope y el E-ELT, continuarán arrojando luz sobre esos mundos. Mucho del entendimiento de nuestro sistema solar solar esta basado en lo que vemos en ellos. Muchas de las preguntas sobre nosotros y nuestros orígenes tienen respuesta en la investigación de extraños y peculiares planetas a decenas o cientos de años luz.

Le dejo aquí el enlace al artículo de investigación (Six transiting planets and a chain of Laplace resonances in TOI-178 por A. Leleu et al. Astronomy & Astrophysics) y al comunicado de la ESO.

Si quieren escuchar esta nota, les dejo el línk al podcast en Spotify y IVOOX, o en el canal de YouTube.

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