Los astrónomos analizan las masas, propiedades orbitales y características atmosféricas de seis exoplanetas.

26 de enero de 2024

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por la Universidad de California, Irvine

Un sistema solar recientemente descubierto con seis exoplanetas confirmados y un posible séptimo está aumentando el conocimiento de los astrónomos sobre la formación y evolución de planetas. Apoyándose en un arsenal de observatorios e instrumentos repartidos por todo el mundo, un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de California, Irvine, ha recopilado las mediciones más precisas hasta el momento de las masas, propiedades orbitales y características atmosféricas de los exoplanetas.

En un artículo publicado hoy en The Astronomical Journal, los investigadores comparten los resultados del Estudio TESS-Keck, proporcionando una descripción detallada de los exoplanetas que orbitan alrededor de TOI-1136, una estrella enana en la galaxia de la Vía Láctea a más de 270 años luz de la Tierra. El estudio es un seguimiento de la observación inicial del equipo de la estrella y los exoplanetas en 2019 utilizando datos del Satélite de Estudio de Exoplanetas en Tránsito. Ese proyecto proporcionó la primera estimación de las masas de los exoplanetas al medir las variaciones en el tiempo de tránsito, una medida de la atracción gravitacional que los planetas en órbita ejercen sobre los demás.

Para el estudio más reciente, los investigadores combinaron datos de TTV con un análisis de la velocidad radial de la estrella. Utilizando el telescopio Automated Planet Finder en el Observatorio Lick en la montaña Hamilton de California y el espectrómetro de alta resolución Echelle en el Observatorio W.M. Keck en la montaña Mauna Kea de Hawái, pudieron detectar pequeñas variaciones en el movimiento estelar a través del corrimiento al rojo y al azul del efecto Doppler, lo que les ayudó a determinar mediciones de masa planetaria con una precisión sin precedentes.

Para obtener información tan precisa sobre los planetas en este sistema solar, el equipo construyó modelos informáticos utilizando cientos de mediciones de velocidad radial superpuestas a datos de TTV. Corey Beard, autor principal y candidato a doctorado en física de UCI, dijo que combinar estos dos tipos de mediciones proporcionó más conocimiento sobre el sistema que nunca antes.

'Tomó mucho ensayo y error, pero estábamos realmente contentos con nuestros resultados después de desarrollar uno de los modelos de sistemas planetarios más complicados que se han visto en la literatura exoplanetaria hasta la fecha', dijo Beard.

El gran número de planetas es un factor que inspiró al equipo de astronomía a realizar más investigaciones, según el coautor Paul Robertson, profesor asociado de física y astronomía en UCI.

'Consideramos TOI-1136 como altamente ventajoso desde un punto de vista de investigación, porque cuando un sistema tiene múltiples exoplanetas, podemos controlar los efectos de la evolución de los planetas que dependen de la estrella anfitriona y eso nos ayuda a centrarnos en los mecanismos físicos individuales que llevaron a que estos planetas tengan las propiedades que tienen', dijo.

Robertson agregó que cuando los astrónomos intentan comparar planetas en sistemas solares separados, hay muchas variables que pueden diferir según las propiedades distintivas de las estrellas y sus ubicaciones en partes dispares de la galaxia. Dijo que observar exoplanetas en el mismo sistema permite el estudio de planetas que han experimentado una historia similar.

Según los estándares estelares, TOI-1136 es joven, con apenas 700 millones de años de edad, otra característica que ha atraído a los cazadores de exoplanetas. Robertson dijo que las estrellas jóvenes son tanto "difíciles como especiales" de trabajar porque son muy activas. El magnetismo, las manchas solares y las erupciones solares son más frecuentes e intensas durante esta etapa del desarrollo de una estrella, y las explosiones de radiación resultantes afectan y dan forma a los planetas, afectando sus atmósferas.

Los exoplanetas confirmados de TOI-1136, TOI-1136 b hasta TOI-1136 g, están categorizados como 'sub-Neptunos' según los expertos. Robertson dijo que el más pequeño tiene más del doble del radio de la Tierra, y los demás tienen hasta cuatro veces el radio de la Tierra, comparable en tamaño a Urano y Neptuno.

Todos estos planetas orbitan alrededor de TOI-1136 en menos de los 88 días que le toma a Mercurio dar una vuelta alrededor del sol de la Tierra, según el estudio. 'Estamos empaquetando todo un sistema solar en una región alrededor de la estrella tan pequeña que nuestro sistema planetario completo estaría fuera de ella', dijo Robertson.

'Nos parecen planetas extraños porque no tenemos nada exactamente igual en nuestro sistema solar', dijo la coautora Rae Holcomb, candidata a doctorado en física de UCI. 'Pero cuanto más estudiamos otros sistemas planetarios, parece ser que pueden ser el tipo de planeta más común en la galaxia'.

Otro componente extraño de este sistema solar es la posible pero aún no confirmada presencia de un séptimo planeta. Los investigadores han detectado algunas evidencias de otra fuerza resonante en el sistema. Robertson explicó que cuando los planetas orbitan cerca uno del otro, pueden atraerse gravitacionalmente.

'When you hear a chord played on a piano and it sounds good to you, it's because there is resonance, or even spacing, between the notes that you're hearing,' he said. 'The orbital periods of these planets are spaced similarly. When the exoplanets are in resonance, the tugs are in the same direction every time. This can have a destabilizing effect, or in special cases, it can serve to make the orbits more stable.'

Robertson noted that far from answering all his team's questions about the exoplanets in this system, the survey has made the researchers want to pursue additional knowledge, particularly about the composition of planetary atmospheres. That line of inquiry would be best approached through the advanced spectroscopy capabilities of NASA's James Webb Space Telescope, he said.

'I am proud that both UCO's Lick Observatory and the Keck Observatories were involved in the characterization of a really important system,' said Matthew Shetrone, deputy director of UC Observatories. 'Having so many moderate-sized planets in the same system really lets us test formation scenarios. I really want to know more about these planets! Might we find a molten rock world, a water world and an ice world all in the same solar system? It almost feels like science fiction.'

Journal information: Astronomical Journal , arXiv

Provided by University of California, Irvine