Agencias/Ciudad de México.- Los Júpiter calientes son algunos de los planetas más extremos de la galaxia. Estos abrasadores mundos son tan masivos como Júpiter y giran muy cerca de su estrella, dando vueltas en unos pocos días, en comparación con la pausada órbita de 4,000 días de nuestro propio gigante gaseoso alrededor del Sol.
Los científicos sospechan, sin embargo, que los Júpiter calientes no siempre fueron tan calientes y, de hecho, pueden haberse formado como “Júpiter fríos” en entornos más gélidos y distantes. Pero cómo evolucionaron hasta convertirse en los gigantes gaseosos que abrazan estrellas y que los astrónomos observan hoy es una gran incógnita. Los investigadores publican sus hallazgos en la revista ‘Nature‘.
Ahora, astrónomos del MIT y de la Universidad Estatal de Pensilvania (Estados Unidos), entre otros, han descubierto un “progenitor” de Júpiter caliente, una especie de planeta joven que está en pleno proceso de convertirse en un Júpiter caliente. Y su órbita está proporcionando algunas respuestas a la evolución de los Júpiter calientes.
El nuevo planeta, al que los astrónomos han denominado TIC 241249530 b, orbita una estrella que se encuentra a unos 1,100 años luz de la Tierra. El planeta gira alrededor de su estrella en una órbita muy “excéntrica”, lo que significa que se acerca muchísimo a ella antes de alejarse y luego retroceder en un circuito elíptico estrecho. Si el planeta fuera parte de nuestro sistema solar, se acercaría diez veces más al Sol que Mercurio, antes de alejarse a toda velocidad, pasando justo por delante de la Tierra, y luego daría la vuelta.
Según los cálculos de los científicos, la órbita alargada del planeta tiene la mayor excentricidad de cualquier planeta detectado hasta la fecha. La órbita del nuevo planeta también es única por su orientación “retrógrada”. A diferencia de la Tierra y otros planetas del sistema solar, que orbitan en la misma dirección que gira el Sol, el nuevo planeta viaja en una dirección contraria a la rotación de su estrella.
El equipo realizó simulaciones de dinámica orbital y descubrió que la órbita altamente excéntrica y retrógrada del planeta son señales de que probablemente esté evolucionando hacia un Júpiter caliente, a través de una “migración de alta excentricidad”, un proceso por el cual la órbita de un planeta se tambalea y se encoge progresivamente a medida que interactúa con otra estrella o planeta en una órbita mucho más amplia.
En el caso de TIC 241249530 b, los investigadores determinaron que el planeta orbita alrededor de una estrella primaria que a su vez orbita alrededor de una estrella secundaria, como parte de un sistema binario estelar. Las interacciones entre las dos órbitas (la del planeta y su estrella) han hecho que el planeta se haya ido acercando gradualmente a su estrella con el paso del tiempo.
La órbita del planeta tiene actualmente forma elíptica y tarda unos 167 días en completar una vuelta completa alrededor de su estrella. Los investigadores predicen que, dentro de mil millones de años, el planeta migrará a una órbita mucho más cerrada y circular, y girará alrededor de su estrella cada pocos días. En ese momento, el planeta habrá evolucionado completamente hasta convertirse en un Júpiter caliente.
“Este nuevo planeta respalda la teoría de que la migración de alta excentricidad debería explicar una fracción de los Júpiter calientes“, afirma Sarah Millholland, profesora adjunta de física en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. “Creemos que cuando se formó este planeta, habría sido un mundo gélido. Y debido a la dramática dinámica orbital, se convertirá en un Júpiter caliente en aproximadamente mil millones de años, con temperaturas de varios miles de grados Kelvin. Por lo tanto, es un gran cambio con respecto a donde comenzó”.
El nuevo planeta fue detectado por primera vez en datos tomados por el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA, una misión dirigida por el MIT que monitorea el brillo de las estrellas cercanas en busca de “tránsitos” o breves caídas en la luz de las estrellas que podrían indicar la presencia de un planeta que pasa frente a la luz de una estrella y la bloquea temporalmente.
Antes de esta detección, los astrónomos sólo conocían otro planeta, HD 80606 b, que se creía que era un Júpiter caliente primitivo. Ese planeta, descubierto en 2001, ostentaba hasta ahora el récord de mayor excentricidad. “Este nuevo planeta experimenta cambios realmente dramáticos en la luz estelar a lo largo de su órbita”, afirma Millholland. “Debe haber estaciones realmente radicales y una atmósfera absolutamente abrasadora cada vez que pasa cerca de la estrella“.
Las observaciones del equipo, junto con sus simulaciones de la evolución del planeta, respaldan la teoría de que los Júpiter calientes pueden formarse a través de una migración de alta excentricidad, un proceso por el cual un planeta se mueve gradualmente a su lugar mediante cambios extremos en su órbita a lo largo del tiempo.
El descubrimiento de este exoplaneta, llamado TIC 241249530 b, la realizó el Satélite de Exploración de Exoplanetas en Tránsito de la NASA (TESS por sus siglas en inglés) en enero de 2020 debido a la disminución en el brillo de una estrella cuando un planeta del tamaño de Júpiter pasó por delante de ella, o transitó por ella. Para confirmar la naturaleza de estas fluctuaciones y eliminar otras posibles causas, un equipo de astrónomos utilizó dos instrumentos del telescopio WIYN de 3.5 metros en el Observatorio Nacional de Kitt Peak (KPNO) de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos, un Programa NOIRLab de NSF.
“No solo de este estudio, sino también de otros estudios estadísticos, se desprende claramente que una fracción de los Júpiter calientes se debe a migraciones de alta excentricidad“, señala Millholland. “Este sistema pone de relieve la increíble diversidad que pueden tener los exoplanetas. Son otros mundos misteriosos que pueden tener órbitas alocadas que cuentan la historia de cómo llegaron a ser así y hacia dónde se dirigen. En el caso de este planeta, su viaje aún no ha terminado”.
Además de la naturaleza inusual de la órbita del exoplaneta, el equipo también descubrió que orbita al revés, es decir, en dirección opuesta a la rotación de su estrella anfitriona. Esto no es algo que los astrónomos observen en la mayoría de los exoplanetas, ni en nuestro propio Sistema Solar, y ayuda al equipo a interpretar la historia de la formación del exoplaneta.
Las características orbitales particulares del exoplaneta también dan indicios sobre su futura trayectoria. Se espera que su exagerada órbita excéntrica y su enorme proximidad a su estrella anfitriona, terminen por hacer más circular la órbita del planeta, ya que las fuerzas de marea sobre el planeta restan energía a la órbita y hacen que ésta se encoja y se vuelva más circular de forma gradual. El hecho de descubrir este planeta antes de que se produzca esta migración es muy valioso, ya que aporta información crucial sobre cómo se forman, estabilizan y evolucionan los Júpiter calientes a lo largo del tiempo.
Al respecto, Gupta señaló que “aunque no podamos rebobinar un video para ver el proceso de migración planetaria en tiempo real, este exoplaneta sirve como una especie de instantánea del proceso de migración. Los planetas como este son extremadamente raros y difíciles de hallar, así que espero que nos pueda ayudar a revelar la historia de formación de los Júpiter calientes”.
“Estamos bastante interesados en lo que podamos aprender sobre la dinámica de la atmósfera de este planeta después de que realice una de sus abrasadoras aproximaciones a su estrella”, afirma Jason Wright, profesor de astronomía y astrofísica de Penn State que supervisó el proyecto mientras Gupta era estudiante de doctorado en la universidad. “Telescopios como el Telescopio Espacial James Webb de la NASA tienen la sensibilidad necesaria para sondear los cambios en la atmósfera del exoplaneta recién descubierto a medida que experimenta un rápido calentamiento, por lo que el equipo aún puede aprender mucho más sobre el exoplaneta”.
TIC 241249530 b es el segundo exoplaneta descubierto que muestra la fase de pre migración de un Júpiter caliente. En conjunto, estos dos ejemplos observacionales confirman la idea de que los gigantes gaseosos evolucionan para convertirse en Júpiter calientes a medida que migran desde órbitas muy excéntricas hacia órbitas más cerradas y circulares.
