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Últimas novedades sobre planetas fuera de nuestro Sistema Solar.

Aquellos que vivan en el hemisferio Austral pueden ver la brillante estrella Alfa Centauri en el cielo. Esta estrella forma parte de un sistema estelar triple cuya estrella más débil, una enana roja que no es visible a simple vista, es Próxima Centauri. Es precisamente esta estrella la que es ahora la estrella más cercana a nosotros, a poco más de cuatro años luz de distancia.

Desde hace un tiempo se sabe que la estrella alberga dos planetas: Próxima b, un planeta con una masa comparable a la de la Tierra que orbita la estrella cada 11 días y está dentro de la zona habitable y el candidato Próxima c, que se encuentra en una distancia más grande y que tardaría cinco años en dar una órbita completa alrededor de la estrella.

Ahora, un equipo de astrónomos ha utilizado el telescopio VLT de ESO en Chile y ha encontrado pruebas de la existencia otro planeta que orbita alrededor de Próxima Centauri [1]. Este planeta candidato, llamado Proxima d, es el tercero detectado en el sistema y el más ligero hasta ahora descubierto en órbita alrededor de esta estrella. Con solo una cuarta parte de la masa de la Tierra, el planeta es también uno de los exoplanetas más ligeros jamás encontrados.

«El descubrimiento muestra que nuestro vecino estelar más cercano parece estar repleto de mundos nuevos e interesantes, al alcance de más estudios y futuras exploraciones», explica João Faria.

El planeta recién descubierto orbita Proxima Centauri a una distancia de unos cuatro millones de kilómetros, menos de una décima parte de la distancia de Mercurio al sol. Orbita entre la estrella y la zona habitable y tarda solo cinco días en completar una órbita alrededor de la estrella.

Proxima b fue descubierta hace algunos años usando el instrumento HARPS en el telescopio de 3,6 metros de ESO. El descubrimiento se confirmó en 2020 cuando los científicos observaron el sistema Proxima con un nuevo instrumento en el VLT de ESO que tenía mayor precisión: ESPRESSO. Fue durante estas observaciones más recientes del VLT que los astrónomos detectaron los primeros indicios de una señal que correspondería a un objeto con una órbita de cinco días. Como la señal era muy débil, el equipo de investigadores tuvo que realizar observaciones de seguimiento con ESPRESSO para confirmar que se debía a un planeta y no simplemente al resultado de cambios propios en la estrella.

Con solo una cuarta parte de la masa de la Tierra, Proxima d es el exoplaneta más ligero jamás medido utilizando la técnica de velocidad radial, superando a un planeta descubierto recientemente en el sistema planetario L 98-59. El efecto de la gravedad de Proxima d es tan pequeño que solo hace que Proxima Centauri se mueva hacia adelante y hacia atrás a unos 40 centímetros por segundo (o 1,44 kilómetros por hora). Que la tecnología haya hecho posible que se pueda medir algo así es casi increíble. «Este resultado muestra claramente de lo que ESPRESSO es capaz y me hace preguntarme qué podrá encontrar en el futuro», agrega Faria.

«Este logro es extremadamente importante. Muestra que la técnica de velocidad radial tiene el potencial de revelar una población de planetas ligeros, como el nuestro, que se espera que sean los más abundantes en nuestra galaxia y que potencialmente puedan albergar vida tal como la conocemos», dice Pedro Figueira, científico del instrumento ESPRESSO en ESO, Chile.

La búsqueda por parte de ESPRESSO de otros mundos se complementará con el Extremely Large Telescope (ELT) de ESO, que está actualmente en construcción en el desierto de Atacama y que será crucial para descubrir y estudiar muchos más planetas alrededor de estrellas cercanas.

La búsqueda de exoplanetas ha revelado que los sistemas planetarios que hay son diferentes a nuestro Sistema Solar. Así, en nuestro sistema no tenemos supertierras ni minineptunos. Sin embargo, estos planetas parecen abundantes ahí fuera. Ahora se encuentran pruebas de que los planetas tipo minineptunos podrían perder sus atmósferas y convertirse en supertierras.

Un grupo de astrónomos ha identificado dos casos diferentes de minineptunos que están perdiendo sus atmósferas y probablemente terminen transformándose en supertierras. La radiación de las estrellas sobre los estos planetas está despojando de gas sus atmósferas, pues el gas así calentado escapa del campo gravitatorio.

Los hallazgos, publicados en dos artículos separados en The Astronomical Journal [2], [3], ayudan a tener una imagen mejor de cómo se forman y evolucionan mundos exóticos como estos.

Los minineptunos son versiones más pequeñas y densas de nuestro Neptuno y consisten en grandes núcleos rocosos rodeados por gruesas capas de gas.

Este equipo de astrónomos utilizó el observatorio Keck en Hawái para estudiar uno de los dos planetas de tipo minineptuno en el sistema estelar llamado TOI 560, ubicado a 103 años luz de distancia. Por otro lado, usaron el Telescopio Espacial Hubble de la NASA para observar dos minineptunos que orbitan la estrella HD 63433, que está ubicada a 73 años luz de distancia de nosotros.

Sus resultados muestran que el gas atmosférico se está escapando tanto del minineptuno más interno TOI 560.01, como del minineptuno más externo HD 63433 c. El estudio también encontró, sorprendentemente, que el gas alrededor de TOI 560.01 escapaba predominantemente hacia la estrella. Esto sugiere que todos ellos podrían estar convirtiéndose en supertierras.

La mayoría de los astrónomos sospechaban que los minineptunos jóvenes y pequeños debían tener atmósferas que se evaporaban, pero nadie había visto a uno en el proceso de hacerlo hasta ahora.

Desde que se descubrieron los primeros exoplanetas, a mediados de la década de 1990, se han encontrado miles de exoplanetas. Muchos de estos orbitan cerca de sus estrellas y los más pequeños y rocosos generalmente se dividen en dos grupos: minineptunos y supertierras. Las supertierras son tan grandes como 1,6-1,75 veces el tamaño de la Tierra, mientras que los minineptunos tienen entre dos y cuatro veces el tamaño de la Tierra. Se han detectado muy pocos planetas con tamaños situados entre estos dos tipos de planetas o, lo que es lo mismo, dentro de esa brecha de masas.

Una posible explicación de la existencia de esta brecha es que los minineptunos se están transformando en supertierras. En un principio los minineptunos estarían cubiertos por atmósferas primordiales de hidrógeno y helio. Si un minineptuno es lo suficientemente pequeño y está lo suficientemente cerca de su estrella, los rayos X estelares y la radiación ultravioleta pueden eliminar su atmósfera primordial durante un período de cientos de millones de años. Esto dejaría atrás una supertierra rocosa con un radio sustancialmente más pequeño que aún podría retener una atmósfera relativamente delgada similar a la que rodea a nuestro propio planeta.

«Un planeta en la brecha tendría suficiente atmósfera para aumentar su radio, lo que le permitiría interceptar más radiación estelar y, por lo tanto, permitiría una rápida pérdida de masa. Pero la atmósfera es lo suficientemente delgada como para perderse rápidamente. Es por eso que un planeta no permanecería en la brecha por mucho tiempo», dice Michael Zhang (Caltech).

Según los astrónomos, hay otros escenarios que podrían explicar también la brecha. Así, por ejemplo, es posible que los planetas rocosos más pequeños nunca hayan reunido envolturas de gas en el momento de su formación y que los minineptunos sean mundos de agua que estén envueltos por atmósferas de hidrógeno. Este último descubrimiento de dos minineptunos con atmósferas que se escapan representa la primera prueba directa que respalda la teoría de que los minineptunos se convierten en supertierras.

Los astrónomos pudieron detectar las atmósferas que escapaban al observar los minineptunos cruzar frente a sus estrellas anfitrionas o, lo que es lo mismo, transitar por ellas. Los planetas no se pueden ver directamente, pero cuando pasan frente a sus estrellas, visto desde la Tierra, los telescopios pueden obtener espectros de absorción y deducir así la presencia de elementos químicos en las atmósferas de los planetas. En el caso de TOI 560.01, los investigadores encontraron señales de helio. Para el sistema estelar HD 63433, el equipo encontró señales de hidrógeno en el planeta más externo (HD 63433 c), pero no en el planeta interior HD 63433 b. Especulan con que este planeta interior ya haya perdido su atmósfera.

La velocidad de los gases, algo deducible por efecto Doppler en los espectros, proporciona la prueba de que las atmósferas se están escapando. El helio observado alrededor de TOI 560.01 se mueve a una velocidad de 20 kilómetros por segundo, mientras que el hidrógeno alrededor de HD 63433 c se mueve a una velocidad de 50 kilómetros por segundo. La gravedad de estos mini-Neptunos no es lo suficientemente fuerte como para retener un gas que se mueva tan rápido, por encima de la velocidad de escape.

Las observaciones también revelaron que el gas perdido por TOI 560.01 fluía hacia la estrella. Las observaciones futuras de otros minineptunos deberían revelar si TOI 560.01 es una anomalía o si un flujo de escape atmosférico que se mueva hacia adentro es más común.

Las enanas blancas son estrellas que han quemado su hidrógeno y que pasaron ya por su fase de estrella gigante roja. Todas las estrellas de baja masa, incluido el Sol, finalmente se convertirán en enanas blancas.

Lo que se desconoce es cómo podrían ser sus sistemas planetarios. ¿Sobrevivirán algunos planetas previos a la fase de gigante roja? ¿Se formarán nuevos planeta con los escombros resultantes?

Ahora, un grupo internacional de astrofísicos ha detectado un anillo de escombros planetarios con estructuras del tamaño de la Luna orbitando alrededor de una estrella enana blanca. Ciertos indicios indirectos indicarían además que podría haber un planeta cercano situado en la zona habitable.

En el estudio, publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society [4], un equipo internacional de investigadores midió la luz procedente de una enana blanca en la Vía Láctea conocida como WD1054-226 utilizando datos de telescopios terrestres y espaciales.

Para su sorpresa, encontraron caídas pronunciadas en la intensidad de luz recibida que corresponderían a 65 nubes de escombros planetarios espaciadas uniformemente y que orbitan la estrella cada 25 horas. Los investigadores concluyeron que la regularidad precisa de las estructuras en tránsito, que atenuaban la luz de la estrella cada 23 minutos, sugiere la presencia de un planeta cercano que las mantendría en esa disposición tan precisa. Esta sería la primera vez que se detecta algún tipo de cuerpo planetario en la zona habitable de una enana blanca.

Las estructuras del tamaño de la Luna que han detectado serían irregulares y polvorientas, por lo que serían cuerpos más similares a cometas que a cuerpos esféricos sólidos.

La regularidad absoluta de 23 minutos con la que estos cuerpos pasan frente a la estrella es un misterio que no se puede explicar sin recurrir a la presencia cercana de otros cuerpos más masivos.

«Una posibilidad emocionante es que estos cuerpos se mantengan en un patrón orbital espaciado uniformemente debido a la influencia gravitatoria de un planeta cercano. Sin esta influencia, la fricción y las colisiones harían que las estructuras se dispersaran, perdiendo la regularidad precisa que se observa. Un precedente de este pastoreo es la forma en que la atracción gravitatoria de las lunas alrededor de Neptuno y Saturno ayuda a crear estructuras de anillos estables que orbitan estos planetas», dice Jay Farihi (UCL Physics & Astronomy).

«La posibilidad de un planeta en la zona habitable es emocionante y también inesperada, no estábamos buscando esto. Sin embargo, es importante tener en cuenta que se necesitan más pruebas para confirmar la presencia de un planeta. No podemos observar el planeta directamente, por lo que la confirmación puede venir de comparar modelos computacionales con más observaciones de la estrella y los desechos en órbita», añade.

Se espera que esta órbita alrededor de la enana blanca se hubo despejado durante la fase de estrella gigante. Por lo tanto, cualquier planeta que pueda albergar agua o vida sería un desarrollo reciente. La región sería habitable durante al menos dos mil millones de años, incluidos al menos mil millones de años en el futuro.

Más del 95% de todas las estrellas finalmente se convertirán en enanas blancas. Las excepciones son las estrellas masivas que explotan en forma de supernova en las que sus núcleos se convierten en agujeros negros o estrellas de neutrones.

Dado que nuestro Sol se convertirá en una enana blanca en unos pocos miles de millones de años, este nuevo estudio ofrece una visión del futuro de nuestro propio sistema solar, según Farihi.

Cuando las estrellas comienzan a quedarse sin hidrógeno, se expanden y se enfrían, convirtiéndose en gigantes rojas. El Sol entrará en esta fase en cuatro o cinco mil millones de años, tragándose a Mercurio, Venus y posiblemente a la Tierra. Una vez que el material exterior se haya desprendido suavemente y el hidrógeno se haya agotado, el núcleo caliente de la estrella permanecerá enfriándose lentamente durante miles de millones de años y esta será la fase de enana blanca del Sol.

Los planetas que orbitan enanas blancas son difíciles de detectar para los astrónomos porque las estrellas son mucho más débiles que las estrellas de la secuencia principal. Hasta ahora, los astrónomos solo han encontrado pruebas de un gigante gaseoso al estilo de Júpiter orbitando una enana blanca.

Para el nuevo estudio, los investigadores observaron WD1054–226, una enana blanca situada a 117 años luz de distancia a nosotros. Registraron cambios en la intensidad de luz recibida durante 18 noches usando la cámara de alta velocidad ULTRACAM instalada en el Telescopio de Nueva Tecnología (NTT) de 3,5 m que ESO tiene en el Observatorio de La Silla en Chile. Para interpretar mejor los cambios en la luz, los investigadores también analizaron los datos de la misión TESS de la NASA, que permitió a los investigadores confirmar que las estructuras planetarias tenían una órbita de 25 horas.

Descubrieron que la luz de WD1054–226 siempre estaba algo oscurecida por enormes nubes de material en órbita que pasaban frente a ella, lo que sugiere la existencia de un anillo de desechos planetarios que orbitan la estrella.

La zona habitable es el área donde, teóricamente, la temperatura permitiría que exista agua líquida en la superficie de un planeta. En comparación con una estrella como el Sol, la zona habitable de una enana blanca será más pequeña y estará más cerca de la estrella, ya que las enanas blancas emiten menos luz y, por lo tanto, menos calor.

Las estructuras observadas en el estudio orbitan en un área que habría sido envuelta por la estrella cuando era una gigante roja, por lo que es probable que se hayan formado o migrado recientemente en lugar de haber sobrevivido desde el nacimiento de la estrella y su sistema planetario.

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Ilustraciones:
ESO/L. Calçada
Observatorio W. M. Keck/Adam Makarenko
Mark A. Garlick / markgarlick.com