Detectan un planeta altamente "excéntrico" en camino de convertirse en un Júpiter caliente
La órbita salvaje del planeta TIC 241249530 b ofrece pistas sobre cómo se forman mundos tan grandes y calientes.
Por Jennifer Chu | MIT News
Ilustración del exoplaneta TIC 241249530 b, que está en camino de convertirse en un Júpiter caliente, muy cerca de su estrella. Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva
Los Jupíteres calientes son algunos de los planetas más extremos de la galaxia. Estos mundos abrasadores son tan masivos como Júpiter, y oscilan salvajemente cerca de su estrella, completando su órbita alrededor de ella en unos pocos día. Un periodo orbital extremadamente corto, si se compara con la tranquila órbita de 4.000 días de nuestro propio gigante gaseoso alrededor del Sol.
Los científicos sospechan, sin embargo, que los Jupíteres calientes no siempre fueron tan calientes, y, de hecho, pueden haberse formado como Jupíteres fríos, en entornos más gélidos y distantes. Pero cómo evolucionaron para convertirse en los gigantes gaseosos que abrazan las estrellas que los astrónomos observan hoy en día es una gran incógnita.
Ahora, astrónomos del MIT, de la Universidad Estatal de Pensilvania y de otros centros de investigación han descubierto un progenitor caliente de Júpiter, una especie de planeta juvenil que está a punto de convertirse en un Júpiter caliente. Y su órbita está proporcionando algunas respuestas sobre cómo evolucionan los Jupíteres calientes.
El nuevo planeta gira alrededor de una estrella que está a unos 1.100 años luz de la Tierra
El nuevo planeta, que los astrónomos etiquetaron como TIC 241249530 b, orbita una estrella que está a unos 1.100 años luz de la Tierra. Este astro gira alrededor de su estrella en una órbita altamente excéntrica, lo que significa que se acerca mucho a la estrella antes de alejarse y volver a girar en un estrecho circuito elíptico. Si el planeta formara parte de nuestro sistema solar, se acercaría al Sol diez veces más que Mercurio, antes de salir disparado, rozar la Tierra y volver a girar. Según las estimaciones de los científicos, la órbita alargada del planeta tiene la mayor excentricidad de todos los planetas detectados hasta la fecha.
La órbita del nuevo planeta también es única en su movimiento retrógrado. A diferencia de la Tierra y otros planetas del Sistema sSolar, que orbitan en la misma dirección en la que gira el Sol, el nuevo planeta viaja en una dirección contraria a la rotación de su estrella.
El equipo realizó simulaciones de la dinámica orbital y descubrió que la órbita altamente excéntrica y retrógrada del planeta son signos de que probablemente está 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.
El planeta orbita alrededor de una estrella primaria, que a su vez orbita alrededor de una estrella secundaria
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 la de su estrella, han hecho que el planeta haya migrado con el tiempo y deforma gradual hacia un lugar más próximo a su estrella con el tiempo.
Hoy la órbita del astro tiene forma elíptica, y el planeta tarda unos 167 días en completar una vuelta alrededor de su estrella. Los investigadores predicen que en mil millones de años, el planeta migrará a una órbita circular mucho más estrecha, en la que girará alrededor de su sol cada pocos días. En ese momento, el planeta habrá evolucionado completamente hasta convertirse en un Júpiter caliente.
“Este nuevo planeta apoya la teoría de que la migración de alta excentricidad debería representar una fracción de los Jupíteres calientes afirma Sarah Millholland, profesorade Física en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. Y añade—: Creemos que cuando se formó este planeta, habría sido un mundo glacial. Y debido a la espectacular dinámica orbital, se convertirá en un Júpiter caliente en unos mil millones de años, con temperaturas de varios miles de grados kelvin. Así que es un cambio enorme desde donde empezó».
Millholland y sus colegas han publicado sus hallazgos en la revista Nature. Sus coautores son Haedam Im, estudiante del MIT; Arvind Gupta, de la Universidad Estatal de Pensilvania y el NOIRLab de la NSF, y colaboradores de otras muchas universidades, instituciones y observatorios.
Estaciones radicales
El nuevo planeta fue detectado por primera vez en los datos tomados por el satélite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA, una misión dirigida por el MIT que vigila el brillo de las estrellas cercanas en busca de tránsitos o breves caídas en la luz estelar que podrían indicar la presencia de un planeta que pasa por delante de la luz de una estrella y la bloquea temporalmente.
El 12 de enero de 2020, TESS detectó un posible tránsito de la estrella TIC 241249530. Gupta y sus colegas de la Universidad Estatal de Pensilvania determinaron que el tránsito se correspondía con un planeta del tamaño de Júpiter que cruzaba por delante de la estrella.
A continuación, obtuvieron de otros observatorios mediciones de la velocidad radial de la estrella, que calcula el bamboleo de una estrella —o el grado en que se mueve hacia adelante y hacia atrás—, en respuesta a otros objetos cercanos que podrían ejercer una fuerza gravitatoria sobre la estrella.
Esas mediciones confirmaron que un planeta del tamaño de Júpiter orbitaba alrededor de la estrella y que su órbita era muy excéntrica, lo que lo acercaba mucho a la estrella antes de lanzarlo al quinto pino.
Antes de esta detección, los astrónomos solo conocían otro planeta, HD 80606 b, que se creía que era un Júpiter caliente primitivo. Ese exomundo, descubierto en 2001, ostentaba hasta ahora el récord de mayor excentricidad.
Hasta ahora el récord de excentricidad lo tenía el exoplaneta HD 80606. En la imagen, simulación por ordenador de la radiación de calor de HD 80606 b en su lado nocturno tras el paso por su periapsis, el punto en la órbita elíptica donde la distancia entre el planeta y su estrella es mínima. Cortesía: NASA/JPL-Caltech/UCSC
«Este nuevo planeta experimenta cambios realmente espectaculares en la luz de las estrellas a lo largo de su órbita —afirma Millholland. Y añade—: Debe de experimentar estaciones realmente radicales y mostrar una atmósfera absolutamente abrasada cada vez que pasa cerca de la estrella”.
Danza de órbitas
¿Cómo pudo un planeta haber caído en una órbita tan extrema? ¿Y cómo podría evolucionar su excentricidad con el tiempo? Para obtener respuestas, Im y Millholland realizaron simulaciones de la dinámica orbital planetaria para modelar cómo puede haber evolucionado el planeta a lo largo de su historia y cómo podría continuar durante los próximos cientos de millones de años.
El equipo simuló las interacciones gravitacionales entre el planeta, su estrella y la segunda estrella cercana. Gupta y sus colegas habían observado que las dos estrellas orbitan entre sí en un sistema binario, mientras que el planeta orbita simultáneamente a la estrella más cercana.
La configuración de las dos órbitas es algo así como la de un artista de circo que hace girar un aro de hula hoop alrededor de su cintura, mientras hace girar un segundo hula hoop alrededor de su muñeca.
Millholland e Im realizaron múltiples simulaciones, cada una con un conjunto diferente de condiciones de partida, para ver qué condición, cuando se ejecuta hacia adelante durante varios miles de millones de años, produce la configuración de órbitas planetarias y estelares que el equipo de Gupta observó en la actualidad. A continuación, realizaron la mejor combinación aún más en el futuro, para predecir cómo evolucionará el sistema en los próximos miles de millones de años.
Esta ilustración muestra la órbita del exoplaneta TIC 241249530 b en comparación con las órbitas de Mercurio y la Tierra en nuestro propio sistema solar. Si este planeta fuera parte de él, su órbita se extendería desde su máximo acercamiento, diez veces más cerca del Sol que Mercurio, hasta su extensión más distante a la distancia de la Tierra. Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/R. Proctor
Estas simulaciones han revelado que el nuevo planeta se encuentra probablemente en pleno proceso de evolución hacia un Júpiter caliente: hace varios miles de millones de años, el planeta se formó como un Júpiter frío, lejos de su estrella, en una región lo suficientemente gélida como para condensarse y tomar forma.
Recién moldeado, el planeta orbitaba probablemente alrededor de la estrella en una trayectoria circular. Esta órbita convencional, sin embargo, se estiró gradualmente y se hizo excéntrica, a medida que experimentaba las fuerzas gravitatorias de la órbita desalineada de la estrella con su segunda estrella binaria.
“Estamos ante un proceso bastante extremo, ya que los cambios en la órbita del planeta son masivo —explica Millholland. Y añade—: Es un gran baile de órbitas que se produce a lo largo de miles de millones de años y en el que el planeta se deja llevar”.
Dentro de otros mil millones de años, las simulaciones informáticas muestran que la órbita del planeta se estabilizará en una trayectoria circular cercana alrededor de su estrella.
“Es entonces cuando el planeta se convertirá en un Júpiter caliente”, afirma Millholland.
Este sistema cósmico pone de manifiesto lo increíblemente diversos que pueden ser los exoplanetas
Las observaciones del equipo, junto con sus simulaciones de la evolución del planeta, respaldan la teoría de que los Jupíteres calientes pueden formarse a través de una migración de alta excentricidad, un proceso por el cual un planeta se mueve gradualmente a su lugar a través de cambios extremos en su órbita con el tiempo.
"Está claro no solo a partir de esto, sino también de otros estudios estadísticos, que la migración de alta excentricidad debería explicar alguna fracción de los Jupíteres calientes —señala Millholland. Y continúa—: Este sistema pone de manifiesto lo increíblemente diversos que pueden ser los exoplanetas. Son otros mundos misteriosos que pueden tener órbitas salvajes que cuentan una historia de cómo llegaron a esta situación y hacia dónde irán en el futuro. Para este planeta, su viaje aún no ha terminado".
“Es realmente difícil pillar a estos progenitores calientes de Júpiter in fraganti mientras sufren sus episodios superexcéntricos, por lo que es muy emocionante encontrar un sistema que experimenta este proceso —afirma Smadar Naoz, profesor de Física y Astronomía en la Universidad de California en Los Ángeles (Estados Unidos), que no participó en el estudio. Y concluye—: Creo que este descubrimiento abre la puerta a una comprensión más profunda de la configuración del nacimiento del sistema exoplanetario”. ▪️
Artículo reproducido con el permiso de MIT News -Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Producciones
Fuente: Gupta, A.F., Millholland, S.C., Im, H. et al. A hot-Jupiter progenitor on a super-eccentric retrograde orbit. Nature (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07688-3
