Astrónomos hallan evidencias de un planeta casi 13 veces más grande que Júpiter

Científicos brasileños detectan señales robustas de la existencia de un objeto gigante en la constelación de Cygnus, orbitando un sistema binario conformado por una estrella viva y otra muerta

Por Elton Alisson  |  Agência FAPESP – Durante las últimas tres décadas se han descubierto casi 4.000 objetos análogos a planetas situados fuera del Sistema Solar –por eso se los denomina exoplanetas– y que orbitan estrellas aisladas. En tanto, a partir de 2011, con el satélite Kepler, de la agencia espacial estadounidense (la Nasa), fue posible observar los primeros exoplanetas que giran alrededor de sistemas binarios jóvenes compuestos por dos estrellas vivas, en cuyos núcleos aún se produce la quema hidrógeno.

Ahora, un grupo de astrónomos brasileños ha hallado las primeras evidencias acerca de la existencia de un exoplaneta que orbita alrededor de un sistema binario más antiguo o evolucionado, en el cual una de las dos estrellas está muerta.

Este estudio, producto de un posdoctorado y de una pasantía de investigación en el exterior, en ambos casos con beca de la FAPESP, se dio a conocer en The Astronomical Journal, una publicación de la Sociedad Americana de Astronomía.

“Logramos obtener indicios bastante sólidos de la existencia de un exoplaneta gigante, con una masa casi 13 veces mayor que la de Júpiter [el planeta más grande del Sistema Solar] en un sistema binario evolucionado. Es la primera confirmación de la existencia de un exoplaneta en un sistema de este tipo”, declaró Leonardo Andrade de Almeida, posdoctorando en la Universidad Federal de Río Grande do Norte (UFRN) y primer autor del estudio, a Agência FAPESP. El investigador realizó su posdoctorado en el Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (IAG-USP) bajo la supervisión del profesor Augusto Damineli, también autor del estudio.

Los científicos encontraron señales de la existencia de un exoplaneta en un sistema binario evolucionado de nombre KIC10544976, ubicado en la constelación de Cygnus, en el hemisferio celeste norte, mediante el análisis de distintas pistas. Una de ellas fue el efecto de la variación del instante del eclipse.

Este fenómeno se caracteriza por la precisión del tiempo en que suceden los eclipses de ambas estrellas que forman un sistema binario al pasar una delante de la otra. Una variación en ese tiempo de surgimiento de los eclipses, el llamado período orbital, constituye un fuerte indicador de la existencia de un planeta alrededor de las estrellas.

“La variación del período orbital de un sistema binario se produce debido a la atracción gravitatoria entre los tres objetos, que así pasan a girar alrededor de un centro de masa en común”, dijo Almeida.

Pero la detección de variaciones en el período orbital no es suficiente como para detectar un planeta en un sistema binario. Sucede que, así como el Sol exhibe una variación en su ciclo de actividad magnética cada 11 años, signada por un pico y la posterior declinación de las manchas solares, otras estrellas también pasan idéntico proceso.

“La variación de la actividad magnética del Sol y de otras estrellas aisladas causa una alteración en sus campos magnéticos. En tanto, en estrellas que componen sistemas binarios, esto provoca una alteración en el período orbital: es que denominamos mecanismo Applegate”, dijo Andrade de Almeida.

Con el objetivo de dejar de lado la hipótesis de que la variación en el período orbital del KIC10544976 pudiera ser producto únicamente de la actividad magnética, los investigadores analizaron el efecto de la variación del instante del eclipse y el ciclo de actividad magnética de la estrella viva del sistema binario.

Este sistema binario (KIC10544976) está compuesto por una enana blanca, que es la estrella muerta, menor y de gran brillo (con alta emisión de energía por unidad de tiempo), debido a su temperatura superficial elevada, y una enana roja que es la estrella viva, con una masa pequeña en comparación con la del Sol y escasa luminosidad (con baja emisión de energía por unidad de tiempo). Ambas estrellas se monitorearon con telescopios terrestres entre 2005 y 2017, y a través del satélite Kepler entre 2009 y 2013, generando datos por minuto.

“Este sistema es único. Ningún otro sistema similar cuenta con datos suficientes como para permitirnos calcular la variación del período orbital y el ciclo de actividad magnética de la estrella viva”, dijo Andrade de Almeida.

Con los datos recabados con el satélite Kepler, fue posible estimar el ciclo magnético de la estrella viva –la enana roja– a través de la frecuencia y la energía de las explosiones en los campos magnéticos (flares) y por las manchas presentes en la superficie de la estrella asociadas a esas eyecciones de energía.

Los análisis de los datos indicaron que el ciclo de actividad magnética de la enana roja es de 600 días, lo cual coincide con los ciclos magnéticos medidos para estrellas aisladas de escasa masa. En tanto, la variación del período orbital del sistema binario KIC10544976 fue de 17 años.

“Esto echa por tierra totalmente la hipótesis de que la actividad magnética pudiese generar esta variación del período orbital. La explicación más plausible para ello es la presencia de un planeta gigante alrededor de ese sistema binario, con una masa alrededor de 13 veces mayor que la de Júpiter”, dijo Andrade de Almeida.

Las hipótesis acerca de la formación

Aún no se sabe cómo se habría formado este planeta alrededor del sistema binario. Una de las hipótesis indica que este objeto se desarrolló al mismo tiempo que las dos estrellas, hace miles de millones de años. En dicho caso, sería un planeta de primera generación. Otra hipótesis apunta que se generó a partir del gas eyectado durante la muerte de la enana branca y, por ende, sería un planeta de segunda generación.

La confirmación de que se trata de un planeta de primera o de segunda generación y su detección directa alrededor de ese sistema podrán surgir cuando entre en actividad la nueva generación de telescopios gigantes con espejos primarios de más de 20 metros. Entre ellos se encuentra el Telescopio Gigante Magallanes (GMT, en inglés), emplazado en el desierto de Atacama, en Chile, que captaría su primera luz en 2024.

La FAPESP invertirá 40 millones de dólares en el GMT, monto que equivale a alrededor del 4% de su costo total estimado. Dicha inversión les asegurará un 4% del tiempo de operación del telescopio a los estudios a cargo de científicos de São Paulo (lea más en: agencia.fapesp.br/28596). 

“Estamos sondeando 20 sistemas con posibilidad de gravitar cuerpos exteriores como el KIC10544976, y la mayoría sólo es observable desde el Hemisferio Sur. El GMT permitirá efectuar la detección directa de estos objetos y obtener respuestas importantes sobre la formación, la evolución y la posibilidad de vida en esos ambientes exóticos”, dijo Andrade de Almeida.

Puede leerse el artículo intitulado Orbital period variation of KIC 10544976: Applegate mechanism versus light travel time effect (DOI: 10.3847/1538-3881/ab0963), de Leonardo de Andrade Almeida, Leandro de Almeida, Augusto Damineli, Claudia V. Rodrigues, Matthieu Castro, Carlos E. F. Lopes, Francisco Jablonski, José D. do Nascimento Jr. y Marildo G. Pereira, en The Astronomical Journal, en el siguiente enlace: iopscience-iop-org-443.webvpn.jxust.edu.cn/article/10.3847/1538-3881/ab0963/pdf.