Agencias/Ciudad de México.- Con el uso de diferentes telescopios, un grupo de astrónomos detectó una particular armonía en los movimientos orbitales de los planetas que forman el sistema TOI-178, ubicado a unos 200 años luz del Sol en la constelación de Sculptor.
Ese sistema planetario único consta de seis exoplanetas, cinco de los cuales orbitan alrededor de su estrella central a un ritmo armónico a pesar de presentar composiciones muy diferentes; o, en otras palabras, están en resonancia.
Según explicó el Observatorio Europeo Austral (ESO), se percibe la repetición de algunos patrones a medida que los planetas giran alrededor de la estrella, algunos de los cuales se alinean cada pocas órbitas. Una resonancia similar se ha observado en las órbitas de tres de las lunas de Júpiter: Io, Europa y Ganímedes. Io, la más cercana a Júpiter de las tres, completa cuatro órbitas alrededor del planeta por cada órbita que hace Ganímedes, la más lejana, y dos órbitas completas por cada órbita de Europa.
Por su parte, los cinco exoplanetas de TOI-178 siguen una cadena de resonancia mucho más compleja, una de las más largas descubiertas hasta ahora en un sistema de planetas, dicen los científicos. Mientras que las lunas de Júpiter están en una resonancia de 4:2:1, los cinco planetas exteriores del TOI-178 siguen una cadena de 18:9:6:4:3.
El estudio, liderado por el astrofísico Adrien Leleu de las universidades de Berna y de Ginebra, fue publicado en la revista Astronomy & Astrophysics. “Este resultado nos sorprendió, ya que las observaciones anteriores con el Satélite de Estudio de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA apuntaban hacia un sistema de tres planetas en el que dos planetas orbitan muy cerca”, explicó Leleu. Después de analizar datos del telescopio espacial CHEOPS, así como de los observatorios terrestres NGTS y SPECULOOS, los científicos vieron que “parecía que había más planetas de lo que se creía inicialmente”, según Leleu.
1/ Using our VLT and other facilities, astronomers have revealed a six-exoplanet system. Five of these planets are locked in a rare rhythm around their central star.
Illustration credit: @ESO /L. Calçada/spaceengine.orghttps://t.co/8YtOarFYck pic.twitter.com/y7pvqS4pKV
— ESO (@ESO) January 25, 2021
Los científicos no solo lograron medir los períodos y tamaños de los planetas (cuyo radio es entre 1,1 y 3 veces el de la Tierra, con masas de 1,5 a 30 veces la terrestre), sino también estimar sus densidades. En comparación con la forma armónica y ordenada en que los planetas orbitan alrededor de su estrella, sus densidades parecen ser bastante “desordenadas”: algunos planetas son rocosos pero más grandes que la Tierra, mientras que otros son gaseosos pero mucho más pequeños que Neptuno.
“Es la primera vez que observamos algo así. En los pocos sistemas que conocemos con tal armonía, la densidad de los planetas disminuye constantemente a medida que nos alejamos de la estrella. En el sistema TOI-178, un planeta terrestre denso como la Tierra parece estar justo al lado de un planeta muy esponjoso con la mitad de la densidad de Neptuno, seguido de uno muy similar a Neptuno”, indicó Kate Isaak, científica del proyecto para el Satélite de Caracterización de Exoplanetas (CHEOPS) de la Agencia Espacial Europea en un comunicado emitido por la Universidad de Berna en Suiza.
Una animación artística publicada por el ESO muestra las órbitas y movimientos de los planetas en el sistema TOI-178. Los planetas orbitan alrededor de su estrella central mucho más cerca y mucho más rápido de lo que la Tierra orbita alrededor del Sol. El planeta más interno (y más rápido) completa una órbita en dos días.
Además, esta particular danza planetaria nos proporciona algunos detalles sobre el pasado del sistema TOI-178, concretamente que “este sistema ha evolucionado con bastante suavidad desde su nacimiento”, según el coautor del estudio, Yann Alibert, de la Universidad de Berna.
Por su parte, Leleu agrega que “este contraste entre la armonía rítmica del movimiento orbital y las densidades desordenadas ciertamente desafía nuestra comprensión de la formación y evolución de los sistemas planetarios”.
Combinando técnicas
Aunque la disposición de las órbitas sea clara y bien ordenada, las densidades de los planetas “son mucho más desordenadas”, afirma Nathan Hara, de la Universidad de Ginebra (Suiza), quien también participó en el estudio. “Parece que hay un planeta tan denso como la Tierra justo al lado de un planeta muy esponjoso, con la mitad de la densidad de Neptuno, seguido de un planeta con la densidad de Neptuno. No es a lo que estamos acostumbrados”. En nuestro Sistema Solar, por ejemplo, los planetas están perfectamente dispuestos, con los planetas rocosos y más densos más cerca de la estrella central y los esponjosos planetas gaseosos de baja densidad más alejados.
Según Leleu, “Este contraste entre la armonía rítmica del movimiento orbital y las densidades desordenadas desafía sin duda nuestra comprensión de la formación y evolución de los sistemas planetarios”.
Para estudiar la inusual arquitectura del sistema, el equipo utilizó datos del satélite CHEOPS, de la Agencia Espacial Europea, junto con el instrumento ESPRESSO, instalado en el telescopio VLT de ESO, y los telescopios NGTS y SPECULOOS, ambos situados en el Observatorio Paranal de ESO, en Chile. Dado que los exoplanetas son extremadamente difíciles de detectar directamente con telescopios, los astrónomos deben confiar en otras técnicas para detectarlos. Los principales métodos utilizados son los tránsitos por imágenes —observando la luz emitida por la estrella central, que se atenúa cuando un exoplaneta pasa delante de ella al observarla desde la Tierra— y las velocidades radiales— observando el espectro de luz de la estrella en busca de pequeños signos de bamboleos que ocurren a medida que los exoplanetas se mueven en sus órbitas. El equipo utilizó ambos métodos para observar el sistema: CHEOPS, NGTS y SPECULOOS para tránsitos y ESPRESSO para velocidades radiales.
Mediante la combinación de las dos técnicas, el equipo fue capaz de recopilar información clave sobre el sistema y sus planetas, que orbitan su estrella central mucho más cerca y mucho más rápido de lo que la Tierra orbita el Sol. El más rápido (el planeta más interior) completa una órbita en sólo un par de días, mientras que el más lento tarda unas diez veces más. Los seis planetas tienen tamaños que van desde aproximadamente uno hasta aproximadamente tres veces el tamaño de la Tierra, mientras que sus masas son de 1,5 a 30 veces la masa de la Tierra. Algunos de los planetas son rocosos, pero más grandes que la Tierra— estos planetas se conocen como Supertierras. Otros son planetas gaseosos, como los planetas exteriores de nuestro Sistema Solar, pero son mucho más pequeños (los apodados minineptunos).
Aunque ninguno de los seis exoplanetas encontrados se encuentra en la zona habitable de la estrella, los investigadores sugieren que, al continuar con la cadena de resonancia, podrían encontrar más planetas en esa zona o muy cerca. El Telescopio Extremadamente Grande (ELT) de ESO, que comenzará a funcionar esta década, podrá obtener imágenes directas de exoplanetas rocosos en la zona habitable de una estrella e incluso caracterizar sus atmósferas, proporcionándonos una oportunidad para conocer con mayor detalle sistemas como TOI-178.
