Astrónomos observan la evolución de un sistema estelar lejano

Un joven planeta situado a 150 años luz ha dado a los astrofísicos del UNSW de Sydney una rara oportunidad de estudiar un sistema planetario en formación. Los hallazgos, recientemente publicados en The Astronomical Journal, sugieren que el planeta DS Tuc Ab – que orbita una estrella en un sistema binario – se formó sin ser fuertemente impactado por la atracción gravitacional de la segunda estrella.

“Esperábamos que la atracción de la segunda estrella inclinara el disco giratorio de gas y polvo que una vez rodeó a la estrella principal – un proceso que sesgaría la órbita del planeta”, dice el Dr. Benjamin Montet, becario de Scientia en el UNSW de Sydney y autor principal del estudio. El Dr. Montet trabajó con un equipo internacional de investigadores en los Telescopios Magallanes ubicados en el Observatorio Las Campanas en Chile. Utilizaron el espectrógrafo Planet Finder.

“Sorprendentemente, no encontramos ninguna evidencia de que la órbita del planeta haya sido impactada. También encontramos que el planeta se formó a través de procesos relativamente tranquilos -lo que significa que podría ser posible para los planetas similares a la Tierra sobrevivir en sistemas binarios como este”.

Descubrieron que el planeta DS Tuc Ab orbita su estrella en un plano relativamente plano, a aproximadamente 12 grados de inclinación del eje de rotación de la estrella. Esta baja inclinación sugiere que la atracción de la estrella compañera no inclinó significativamente la órbita del disco protoplanetario donde se formó DS Tuc Ab.

Mientras que los planetas del sistema solar tienen una baja oblicuidad, es inusual para planetas como DS Tuc Ab. “La mayoría de los planetas similares orbitan su estrella en ángulos aleatorios, a veces alcanzando hasta 90 grados por encima del eje de su estrella”, dice el Dr. Montet. “El sistema DS Tuc es la primera prueba de que los ángulos orbitales superiores no se definen al principio de la vida de una estrella, son un efecto que sólo ocurre más tarde”.

A los 40 millones de años de edad, el gigante gaseoso DS Tuc Ab es considerado un “preadolescente” en años planetarios. Hay menos de diez planetas que conozcamos que sean tan jóvenes.

Su edad es una oportunidad única para que los astrofísicos estudien un sistema en desarrollo antes de que las influencias externas interfieran. “Para saber cuánto tiempo duran los sistemas planetarios, necesitamos sistemas que sean demasiado jóvenes para pasar por interacciones dinámicas, pero lo suficientemente viejos para haber formado planetas. El sistema DS Tuc está exactamente en ese nicho”, dice el Dr. Montet.

DS Tuc Ab: un “Neptuno Caliente

Impresión artística de una joven estrella rodeada por un disco protoplanetario en el que se están formando planetas. Crédito: ESO

El planeta DS Tuc Ab es un planeta gaseoso del tamaño de Neptuno que orbita su estrella muy cerca y rápidamente – una vuelta alrededor de su estrella toma sólo 8,1 días. Este tipo de planetas son conocidos como “Neptuno Caliente” por sus rápidas velocidades y proximidad a sus estrellas.

Los Neptunos Calientes no se parecen a nada de lo que tenemos en el sistema solar. Incluso el planeta más pequeño y más cercano a nuestro Sol, Mercurio, tarda casi 100 días en completar su órbita. Nuestro planeta gaseoso más cercano, Júpiter, tarda más de 4300 días.

Es poco probable que los planetas gigantes gaseosos se desarrollen cerca de sus estrellas. El entendimiento actual es que se forman más lejos y, con el tiempo, una fuerza hace que se acerquen a sus estrellas.

Los científicos quieren saber cuál es esa fuerza.

“Hay dos teorías principales sobre cómo los neptuno calientes llegan a estar tan cerca de sus estrellas”, dice el Dr. Montet. “Una teoría es que una fuerza externa, potencialmente una colisión de varios cuerpos cercanos, los ‘patea’ más cerca, donde se tambalean y eventualmente se asientan en una nueva órbita. Otra teoría es que los procesos suaves dentro del disco planetario crean una fuerza que gradualmente acerca el planeta a la estrella.”

Probar la oblicuidad puede ayudar a los científicos a descubrir qué fuerza estaba en juego. Se entiende que los planetas con oblicuidades bajas se forman por procesos de disco liso, mientras que los procesos más dramáticos conducirán a oblicuidades aleatorias o altas.

Sin embargo, recientemente los astrofísicos han quedado intrigados por la sugerencia de que las estrellas binarias anchas pueden inclinar la órbita de los planetas jóvenes alrededor de sus estrellas -aunque este proceso sería suave, daría lugar a planetas con altas inclinaciones orbitales.

“Si esto es cierto, esto podría cambiar nuestra teoría de la formación de planetas”, dice el Dr. Montet.

Mientras que esa teoría no fue apoyada por la baja oblicuidad del DS Tuc Ab, los científicos están mirando hacia los cielos para probar más sistemas binarios jóvenes.

La próxima generación de sistemas planetarios

Cuando se trata de aprender de los sistemas estelares, muchos de los sistemas que podemos observar hoy en día proporcionan una historia inexacta del pasado del sistema. “Los sistemas actuales no son puros laboratorios”, dice el Dr. Montet. “Durante miles de millones de años, las interacciones planeta-planeta y planeta-estrella pueden dispersarse, torcerse, migrar y perturbar las órbitas, haciendo que lo que vemos hoy en día sea muy diferente a cómo se formaron inicialmente”.

Los planetas tardan entre 10 y 100 millones de años en formarse, pero la mayoría de los planetas visibles desde la Tierra son mucho más antiguos. El sistema DS Tuc tiene 45 millones de años, sólo el 1% de la edad del Sol.

“DS Tuc Ab está en una edad interesante”, dice el Dr. Montet. “El disco protoplanetario se ha disipado, y podemos ver el planeta, pero todavía es demasiado joven para que la órbita de otras estrellas distantes manipule su trayectoria. Nos da la oportunidad de entender la dinámica de la formación del planeta de una manera que una estrella de 5.000 millones de años no lo hace.”

DS Tuc A es la estrella más joven para la que se ha medido la alineación de la órbita de giro.

Buscando en los cielos

DS Tuc Ab sólo es visible desde el hemisferio sur. Fue descubierto el año pasado a través de la misión del Satélite de Estudio de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA, una misión de estudio de todo el cielo que tiene como objetivo descubrir miles de exoplanetas cerca de estrellas brillantes.

Montet trabajó estrechamente con investigadores de las universidades de Harvard y Carnegie, que también midieron la oblicuidad del DS Tuc Ab pero usaron el método de tomografía Doppler.

“Las primeras búsquedas de exoplanetas se hicieron en instalaciones del Hemisferio Norte, por lo que se perdieron muchos planetas del sur”, dice el Dr. Montet. “La misión TESS de la NASA está cambiando eso. Está encontrando todos estos planetas alrededor de estrellas que antes no habían sido buscados”.

El Dr. Montet y su equipo están liderando un esfuerzo para encontrar y caracterizar más planetas alrededor de estrellas jóvenes. Esperan estudiar cómo la actividad estelar, como las llamaradas estelares y las manchas estelares, podrían afectar a la detección y habitabilidad de los planetas.

“Encontrar planetas jóvenes es un desafío. Realmente necesitamos entender el comportamiento de la estrella madre para poder encontrar las señales poco profundas de estos planetas que pueden ser abrumadas por las manchas y llamaradas estelares”, dice Adina Feinstein, una investigadora graduada de la Fundación Nacional de Ciencias de la Universidad de Chicago y co-autora del estudio.

“No hay razón por la que planetas similares a la Tierra no puedan formarse y sobrevivir en sistemas de Neptuno Caliente como este”, dice el Dr. Montet.

“Sólo tenemos que salir y encontrarlos”.

Referencia: “The Young Planet DS Tuc Ab Has a Low Obliquity” by Benjamin T. Montet, Adina D. Feinstein, Rodrigo Luger, Megan E. Bedell, Michael A. Gully-Santiago, Johanna K. Teske, Sharon Xuesong Wang, R. Paul Butler, Erin Flowers, Stephen A. Shectman, Jeffrey D. Crane and Ian B. Thompson, 20 February 2020, The Astronomical Journal.

 

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