La misión Cheops acaba de revelar la existencia de un sistema planetario único, formado por seis exoplanetas, cinco de los cuales se encuentran inmersos en una extraña danza rítmica mientras orbitan su estrella central.El tamaño y la masa de estos planetas, sin embargo, no siguen un patrón tan ordenado. Este hallazgo desafía las actuales teorías de formación planetaria.
El descubrimiento de cada vez más sistemas planetarios, ninguno de ellos similar a nuestro sistema solar, permite seguir avanzando en la comprensión de cómo se forman y evolucionan los planetas.
Un ejemplo llamativo se encuentra en el sistema llamado TOI-178, a unos doscientos años luz, en la constelación de Sculptor.
Tras observar esta estrella con el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA, los astrónomos ya se esperaban que albergase dos o más exoplanetas. Ahora, nuevas observaciones de alta precisión con Cheops, el Satélite para la Caracterización de Exoplanetas de la ESA, lanzado en 2019, muestran que el sistema solar TOI-178 aloja al menos seis planetas con una disposición realmente única. El equipo liderado por Adrien Leleu, de la Universidad de Ginebra y la Universidad de Berna (Suiza), ha publicado hoy sus resultados en Astronomy & Astrophysics.
Una de las características especiales de TOI-178 que los científicos han podido desvelar con Cheops es que los planetas de este sistema —salvo el más cercano a la estrella— siguen una danza rítmica a lo largo de su órbita. Este fenómeno se conoce como resonancia orbital e implica la existencia de patrones que se repiten conforme los planetas giran alrededor de la estrella, haciendo que algunos de ellos queden alineados cada pocas órbitas.
Se observa una resonancia similar en las órbitas de tres de las lunas de Júpiter: Io, Europa y Ganimedes. Por cada órbita de Europa, Ganimedes completa dos e Io, cuatro: se trata de un patrón 4:2:1.
En el sistema TOI-178, el movimiento resonante es mucho más complejo, pues implica cinco planetas con un patrón 18:9:6:4:3. Mientras que el segundo planeta a partir de la estrella (el primero del patrón) completa 18 órbitas, el tercero (segundo del patrón) completa nueve y así sucesivamente.
Al principio, los científicos solo vieron cuatro de los planetas en resonancia, pero siguieron el patrón para calcular que el sistema debía de incluir un planeta más (el cuarto según el patrón y quinto posicionado a partir de la estrella).
“Predijimos su trayectoria con mucha precisión al asumir que estaría en resonancia con el resto de los planetas”, explica Adrien. Una nueva observación con Cheops confirmó que el planeta que faltaba efectivamente existía en la órbita predicha.
Una vez descubierta esta extraña relación orbital, los científicos deseaban ver si la densidad (el tamaño y la masa) de estos planetas también seguía un patrón organizado. Para investigarlo, Adrian y su equipo combinaron datos de Cheops con observaciones efectuadas a partir de telescopios terrestres del observatorio Paranal, perteneciente al Observatorio Europeo Austral (ESO), en Chile.
No obstante, a pesar de que los planetas de TOI-178 orbitan su estrella de manera ordenada, sus densidades no siguen patrón específico alguno. A uno de los planetas, denso y de tipo terrestre como el nuestro, lo sigue otro de tamaño similar pero muy esponjoso, como un minijúpiter, y después viene otro muy parecido a Neptuno.
“No es lo que nos esperábamos, y es la primera vez que observamos una distribución así en un sistema planetario”, señala Adrien. “En los pocos sistemas que conocemos cuyos planetas orbitan en resonancia, la densidad va disminuyendo a medida que nos alejamos de la estrella, y eso es lo que esperábamos en teoría”.
La enorme variación en la densidad de los planetas podría explicarse si se hubieran producido eventos catastróficos, como grandes impactos, pero en tal caso el sistema TOI-178 no presentaría un patrón tan armónico.
“Las órbitas de este sistema están muy bien ordenadas, lo que indica que ha evolucionado sin grandes sobresaltos desde su nacimiento”, explica Yann Alibert, de la Universidad de Berna y coautor del estudio.
Revelar la compleja arquitectura de TOI-178, que desafía las actuales teorías de formación planetaria, ha sido posible gracias a casi 12 días de observaciones con Cheops. (11 días de observaciones continuas y otras dos más breves).
“Fue necesario cierto esfuerzo de planificación para resolver este emocionante rompecabezas, especialmente a la hora de programar los 11 días de observación ininterrumpida necesarios para captar las características de los distintos planetas”, apunta Kate Isaak, científica del proyecto Cheops de la ESA. “Este estudio subraya muy bien el potencial de seguimiento de Cheops, no solo para caracterizar mejor planetas ya conocidos, sino para buscar y confirmar otros nuevos”.
Adrien y su equipo desean seguir usando Cheops para estudiar el sistema TOI con un nivel de detalle aún mayor.
“Tal vez encontremos más planetas que podrían hallarse en la zona habitable —aquella en la que podría haber agua líquida en la superficie— que comienza fuera de las órbitas de los planetas que hemos descubierto hasta ahora”, añade Adrien. “También queremos averiguar qué pasó con el planeta más interno para que no esté en resonancia con los demás. Sospechamos que dejó de estarlo debido a las fuerzas de marea”.
Los astrónomos emplearán Cheops para observar cientos de exoplanetas conocidos que orbitan estrellas brillantes.
“Cheops no solo nos permitirá conocer mejor la formación de los exoplanetas, sino también la del nuestro y la del propio sistema solar”, concluye Kate.
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