El desconcertante sistema de seis exoplanetas con movimiento rítmico desafía las teorías de cómo se forman los planetas

Publicado en ESO.org

Usando una combinación de telescopios, incluido el Very Large Telescope of the European Southern Observatory (VLT de ESO), los astrónomos han revelado un sistema que consta de seis exoplanetas, cinco de los cuales están bloqueados en un ritmo poco común alrededor de su estrella central. Los investigadores creen que el sistema podría proporcionar pistas importantes sobre cómo se forman y evolucionan los planetas, incluidos los del Sistema Solar.

La primera vez que el equipo observó TOI-178, una estrella a unos 200 años luz de distancia en la constelación de Sculptor, pensaron que habían visto dos planetas girando alrededor de ella en la misma órbita. Sin embargo, una mirada más cercana reveló algo completamente diferente. “ Mediante observaciones posteriores nos dimos cuenta de que no había dos planetas orbitando la estrella aproximadamente a la misma distancia de ella, sino más bien varios planetas en una configuración muy especial ” , dice Adrien Leleu de la Université de Genève y la Universidad de Berna, Suiza. quien dirigió un nuevo estudio del sistema publicado hoy en Astronomy & Astrophysics .

La nueva investigación ha revelado que el sistema cuenta con seis exoplanetas y que todos menos el más cercano a la estrella están atrapados en una danza rítmica mientras se mueven en sus órbitas. En otras palabras, 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. Se observa una resonancia similar en las órbitas de tres de las lunas de Júpiter: Io, Europa y Ganímedes. Io, el más cercano de los tres a Júpiter, completa cuatro órbitas completas alrededor de Júpiter por cada órbita que hace Ganímedes, la más lejana, y dos órbitas completas por cada órbita que hace Europa.

Los cinco exoplanetas externos del sistema TOI-178 siguen una cadena de resonancia mucho más compleja , una de las más largas descubiertas hasta ahora en un sistema de planetas. Mientras que las tres lunas de Júpiter están en una resonancia de 4: 2: 1, los cinco planetas exteriores en el sistema TOI-178 siguen una cadena de 18: 9: 6: 4: 3: mientras que el segundo planeta de la estrella (el primero en el cadena de resonancia) completa 18 órbitas, el tercer planeta de la estrella (segundo en la cadena) completa 9 órbitas, y así sucesivamente. De hecho, los científicos inicialmente solo encontraron cinco planetas en el sistema, pero siguiendo este ritmo resonante calcularon en qué parte de su órbita estaría un planeta adicional cuando tuvieran una ventana para observar el sistema.

Más que una simple curiosidad orbital, esta danza de planetas resonantes proporciona pistas sobre el pasado del sistema. “ Las órbitas de este sistema están muy bien ordenadas, lo que nos dice que este sistema ha evolucionado con bastante suavidad desde su nacimiento ”, explica el coautor Yann Alibert de la Universidad de Berna. Si el sistema hubiera sido perturbado significativamente antes en su vida, por ejemplo por un impacto gigante, esta frágil configuración de órbitas no habría sobrevivido.

Trastorno del sistema rítmico

Pero incluso si la disposición de las órbitas es ordenada y ordenada, las densidades de los planetas ” son mucho más desordenadas ” , dice Nathan Hara de la Université de Genève, 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 ordenados de manera ordenada, con los planetas rocosos y más densos más cerca de la estrella central y los planetas gaseosos de baja densidad más alejados.

“ 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 ”, dice Leleu.

Combinando técnicas

Para investigar la arquitectura inusual del sistema, el equipo utilizó datos del satélite CHEOPS de la Agencia Espacial Europea, junto con el instrumento terrestre ESPRESSO en el VLT de ESO y el NGTS y SPECULOOS., ambos ubicados 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 de imágenes, es decir, la observación de la luz emitida por la estrella central, que se atenúa cuando un exoplaneta pasa frente a ella cuando se observa desde la Tierra, y las velocidades radiales, la observación del espectro de luz de la estrella en busca de pequeños signos de oscilaciones que ocurren cuando 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. 

Al combinar las dos técnicas, los astrónomos pudieron recopilar información clave sobre el sistema y sus planetas, que orbitan su estrella central mucho más cerca y mucho más rápido que la Tierra orbita al Sol. El más rápido (el planeta más interno) completa una órbita en solo un par de días, mientras que el más lento tarda unas diez veces más. Los seis planetas tienen tamaños que van desde aproximadamente una hasta aproximadamente tres veces el tamaño de la Tierra, mientras que sus masas son de 1,5 a 8 veces la masa de la Tierra. Algunos de los planetas son rocosos, pero más grandes que la Tierra; estos planetas se conocen como Super-Tierras. Otros son planetas gaseosos, como los planetas exteriores de nuestro Sistema Solar, pero son mucho más pequeños: se los llama Mini-Neptunes.

Aunque ninguno de los seis exoplanetas encontrados se encuentra en la zona habitable de la estrella, los investigadores sugieren que, al continuar la cadena de resonancia, podrían encontrar planetas adicionales que podrían existir en esta zona o muy cerca de ella. El Extremely Large Telescope (ELT) de ESO , que comenzará a operar esta década, podrá obtener imágenes directamente de exoplanetas rocosos en la zona habitable de una estrella e incluso caracterizar sus atmósferas, presentando una oportunidad para conocer sistemas como TOI-178 incluso mayor detalle.

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