Un extraño planeta con una órbita invertida en forma de pepino se está convirtiendo en otro tipo de mundo
(CNN) -- Astrónomos han detectado un exoplaneta con una órbita muy oblonga que experimenta cambios bruscos de temperatura, y que podría estar convirtiéndose en otro tipo de mundo.
El exoplaneta, denominado TIC 241249530 b, orbita alrededor de una estrella situada a unos 1.100 años-luz de la Tierra. La estrella forma parte de una pareja binaria, de modo que el planeta orbita alrededor de la estrella primaria y ésta alrededor de una estrella secundaria.
Las interacciones entre las dos estrellas, que tienen una órbita desalineada, podrían ser las responsables de que este planeta esté en camino de convertirse en un "Júpiter caliente", según informan los investigadores en un estudio publicado este miércoles en la revista Nature.
Los astrónomos han encontrado más de 5.600 exoplanetas confirmados, y entre 300 y 500 de ellos son "Júpiter calientes". Estos planetas son cuerpos gaseosos masivos similares a Júpiter que orbitan estrechamente alrededor de sus estrellas anfitrionas, las cuales los calientan hasta alcanzar temperaturas abrasadoras.
Mientras que Júpiter tarda 4.000 días terrestres en completar una órbita alrededor del Sol, los Júpiter calientes completan una órbita cada pocos días.
Los científicos creen que los grandes planetas comienzan a orbitar sus estrellas a distancia, pero se acercan con el tiempo. Pero hace tiempo que se preguntan cómo estos mundos masivos acaban en órbitas tan cerradas, mucho más cercanas a sus estrellas que Mercurio a nuestro Sol.
Las observaciones de TIC 241249530 b, captadas por primera vez por el satélite cazador de planetas TESS de la NASA en enero de 2020, ofrecen una visión poco común y reveladora de lo que podría ser un planeta en camino de convertirse en un Júpiter caliente.
"Los astrónomos llevan más de dos décadas buscando exoplanetas que puedan ser precursores de Júpiter calientes, o que sean productos intermedios del proceso de migración, así que me sorprendió mucho —y me entusiasmó— encontrar uno", afirmó en un comunicado Arvind Gupta, autor principal del estudio e investigador postdoctoral del NOIRLab que descubrió el planeta como estudiante de doctorado en Penn State.
Esta impresión artística muestra un exoplaneta que está en camino de convertirse en un Júpiter caliente, o un gran mundo similar a Júpiter que orbita muy cerca de su estrella. (Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva)
Detectar un mundo cambiante
El 12 de enero de 2020, el satélite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) recogió datos que sugerían que algo estaba pasando por delante de la estrella anfitriona TIC 241249530. TESS vigila el brillo de las estrellas cercanas en busca de caídas en la luz estelar que puedan indicar la presencia de exoplanetas.
Gupta y sus colegas analizaron los datos y determinaron que un planeta del tamaño de Júpiter pasaba por delante de la estrella. A continuación, realizaron mediciones con los instrumentos del telescopio WIYN de 3,5 metros del Observatorio Nacional de Kitt Peak, en Arizona, para determinar la velocidad radial de la estrella, es decir, cuánto se bambolea la estrella de un lado a otro cuando la gravedad del planeta tira de ella.
Los datos de velocidad radial también confirmaron la presencia del mismo planeta, y ayudaron a los investigadores a aclarar que era unas cinco veces más masivo que Júpiter y tenía lo que los astrónomos denominan una órbita muy excéntrica.
Los astrónomos utilizan el término "excéntrica" para referirse a la forma de la órbita de un planeta en una escala del cero al uno. Cero equivale a una órbita perfectamente circular. En nuestro sistema solar, la Tierra tiene una excentricidad de 0,02, mientras que la órbita de Plutón, de forma muy ovalada alrededor del Sol, se considera de 0,25.
El exoplaneta recién descubierto tiene una excentricidad de 0,94, que es más oblonga que cualquier otro exoplaneta en tránsito que los astrónomos hayan encontrado hasta ahora, según los investigadores. El extraño mundo tarda unos seis meses en completar una órbita alrededor de la estrella que lo alberga, acercándose mucho a ella antes de alejarse y volver a una órbita estrecha y ovalada similar a la de un pepino.
"Captamos a este enorme planeta haciendo un giro brusco en horquilla durante su paso cercano a su estrella", dijo en un comunicado Suvrath Mahadevan, coautor del estudio y catedrático Verne M. Willaman de Astronomía y Astrofísica de la Universidad Estatal de Pensilvania. "Este tipo de planetas en tránsito altamente excéntricos son increíblemente raros, y es realmente sorprendente que hayamos sido capaces de descubrir el más excéntrico".
El planeta se encuentra a sólo 5 millones de kilómetros de su estrella, más de 10 veces más cerca de la estrella que Mercurio del Sol. Como referencia, Mercurio se encuentra a una distancia media de 58 millones de kilómetros del sol, según la NASA.
La órbita extrema provoca "enormes oscilaciones de temperatura" a lo largo del año del planeta, dijo el coautor del estudio Jason Wright, profesor de astronomía y astrofísica en Penn State.
"La temperatura en la cima de las nubes se calienta lo suficiente como para derretir el titanio durante los pocos días que pasa gritando cerca de la estrella", dijo Wright por correo electrónico. "Durante la mayor parte de su órbita, está más alejado, y en su punto más lejano la temperatura diurna de la cima de las nubes es como la de un cálido día de verano en la Tierra".
El equipo de investigación también descubrió que el planeta orbita hacia atrás o se mueve en dirección opuesta a la rotación de su estrella, un fenómeno poco frecuente que no se ha observado en la mayoría de los exoplanetas y que no ocurre en nuestro sistema solar.
Todas las peculiaridades observadas en TIC 241249530 b están ayudando a los astrónomos a comprender cómo se formó el planeta.
"Aunque no podemos exactamente rebobinar y ver el proceso de migración planetaria en tiempo real, este exoplaneta sirve como una especie de instantánea del proceso de migración", afirma Gupta. "Planetas como éste son difíciles de encontrar y esperamos que pueda ayudarnos a desentrañar la historia de la formación de Júpiter caliente".
Una "danza de órbitas"
El equipo realizó simulaciones para determinar cómo pudo acabar el planeta en una órbita tan inusual, así como su posible evolución a lo largo del tiempo. Las simulaciones incluyeron la modelización de las interacciones gravitatorias entre TIC 241249530 b y su estrella anfitriona, así como la estrella secundaria.
El equipo de investigadores estimó que el planeta probablemente se formó lejos de la estrella anfitriona y comenzó en una órbita amplia y circular similar a la de Júpiter. Pero la estrella anfitriona tiene una órbita desalineada con la estrella secundaria, lo que ejerció fuerzas gravitatorias sobre el planeta y estiró su órbita, explicaron los investigadores.
"A lo largo de muchas órbitas, la influencia gravitatoria de esa estrella exterior alteró la órbita de TIC 241249530 b, haciéndola cada vez más alargada", explicó Wright.
Con cada pasada de la estrella anfitriona, la órbita del planeta pierde energía, por lo que los astrónomos estiman que en cientos de millones de años, la órbita se encogerá y estabilizará para durar sólo unos pocos días en lugar de los 167 días que dura ahora.
En ese momento, el planeta se convertirá en un auténtico Júpiter caliente, explica Sarah Millholland, coautora del estudio y profesora adjunta de Física en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del Instituto Tecnológico de Massachusetts.
"Se trata de un proceso bastante extremo, ya que los cambios en la órbita del planeta son masivos", explica Millholland. "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".
Júpiter calientes gemelos
Antes de TIC 241249530 b, el único otro Júpiter caliente temprano conocido era un exoplaneta llamado HD 80606 b, descubierto en 2001. HD 80606 b se consideraba el planeta con la órbita más excéntrica hasta el reciente descubrimiento.
HD 80606 b tiene una excentricidad de 0,93 y una órbita más corta de 111 días, y orbita en la misma dirección de su estrella. Por lo demás, los planetas son prácticamente gemelos, según Wright. Encontrar dos planetas en una etapa tan breve de la evolución orbital planetaria es como "toparse por casualidad con una mariposa en el momento en que se abre su crisálida", afirmó.
El descubrimiento de un segundo precursor de Júpiter caliente ayuda a los astrónomos a confirmar la idea de que los gigantes gaseosos de gran masa se transforman en Júpiter calientes a medida que migran de órbitas excéntricas a circulares, señalaron los investigadores.
El equipo espera observar TIC 241249530 b con el telescopio espacial James Webb para descubrir la dinámica de su atmósfera y ver cómo reacciona a un calentamiento tan rápido. Y continúa la búsqueda de más planetas como éste que se transformen en Júpiter calientes.
"Este sistema pone de relieve lo increíblemente diversos que pueden ser los exoplanetas", afirma Millholland. "Son otros mundos misteriosos que pueden tener órbitas salvajes que cuentan una historia de cómo llegaron a ser así y hacia dónde se dirigen. En el caso de este planeta, aún no ha terminado su viaje".