El movimiento rítmico de cinco exoplanetas ayudará a los estudios sobre la formación planetaria

Los astrónomos han revelado un sistema formado por seis exoplanetas, cinco de los cuales están encerrados en un ritmo poco común alrededor de su estrella central. Se trata del sistema de la estrella TOI-178, situada a unos 200 años luz en la constelación del Escultor.

Su descripción se ha publicado en la revista ‘Astronomy & Astrophysics’en un artículo que lideran investigadores de las universidades de Ginebra y Berna (Suiza), y firman más de un centenar de autores. La primera vez que el equipo observó TOI-178 en 2018 pensó que el sistema contenía solo tres planetas, con dos de ellos en la misma órbita.

Sin embargo, al echar un vistazo más de cerca con nuevos datos, vio algo completamente diferente, detalla un comunicado del Observatorio Europeo Austral (ESO), que califica el sistema de «desconcertante».

Planetas en resonancia

Cuenta con seis exoplanetas y todos, menos el más cercano a la estrella -se desconoce por qué- «son prisioneros de una rítmica danza mientras se mueven en sus órbitas». Es decir, están en resonancia, con patrones que se repiten a medida que se mueven alrededor de su estrella, haciendo que algunos se alineen cada pocas órbitas.

Ya se había observado 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.

Por tanto, estas lunas de Júpiter completan una cadena de resonancia 4:2:1, mientras que los cinco planetas exteriores del sistema TOI-178 siguen una cadena 18:9:6:4:3. Es decir, mientras el primer planeta en esta cadena de resonancia completa 18 órbitas, el segundo completa 9, y así sucesivamente.

¿Por qué es importante este hallazgo?

Los investigadores creen que el sistema podría proporcionar pistas importantes sobre cómo se forman y evolucionan los planetas, incluidos los del Sistema Solar.

El coautor Yann Alibert, de la Universidad de Berna, ha explicado que «Las órbitas de este sistema están muy bien ordenadas, lo que nos indica que este sistema ha evolucionado con bastante suavidad desde su nacimiento. Si el sistema se hubiera visto perturbado de forma significativa en un momento anterior de su vida, por ejemplo por un impacto gigante, esta frágil configuración de órbitas no habría sobrevivido».

Pero incluso si la disposición de las órbitas es ordenada, las densidades de los planetas «son mucho más desordenadas», asegura Nathan Hara, de la Universidad de Ginebra, 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 colocados de forma ordenada, con los planetas rocosos y más densos más cerca de la estrella central y los planetas gaseosos esponjosos y de baja densidad más lejos.

«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 Adrien Leleu, quien dirigió el estudio.

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.

¿Cómo se ha detectado este nuevo sistema?

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 del ESO, en Chile.

Puesto 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 (observar 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 (observar el espectro de luz de la estrella en busca de pequeños signos de oscilaciones), que ocurren a medida que los exoplanetas se mueven en sus órbitas.

Como resultado de 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 30 veces la masa de la Tierra.

Algunos de los planetas son rocosos, pero más grandes que la Tierra y se les conocen como Super-Terras. Otros son planetas gaseosos, como los planetas exteriores de nuestro Sistema Solar, pero son mucho más pequeños y se les llama Mini-Neptunos.