¿Un planeta de masa terrestre fugitivo?

Impresión artística de un planeta rebelde viajando por el espacio. 
Crédito:
 NASA / JPL-Caltech / R. Herido (Caltech-IPAC).

Se creyó durante mucho tiempo que puede haber miles de millones o billones de planetas rebeldes a la deriva en nuestra galaxia. Es decir planetas que no están unidos a ninguna estrella anfitriona. Un estudio reciente ha identificado ahora a uno de esos candidatos, potencialmente el primer mundo de masa terrestre fugitivo que hemos visto.

Rompiendo vínculos

Hemos descubierto más de 4.000 exoplanetas en las últimas tres décadas, que abarcan una gama espectacular de masas, tamaños, temperaturas, composiciones, propiedades orbitales y más. La gran mayoría de ellos, sin embargo, comparten una característica: todos orbitan alrededor de una estrella.

Esto puede parecer un comportamiento normal, después de todo, estamos bastante apegados a nuestra propia estrella, aquí en la Tierra. Sin embargo los modelos de formación planetaria predicen que debería haber una gran población de planetas que flotan libremente en nuestra galaxia. De acuerdo con los modelos, estos planetas típicamente por debajo de la masa terrestre son expulsados ​​de sus sistemas originales por interacciones con otros cuerpos. (Generalmente por gigantes gaseosos intimidantes).

¿Cómo podemos confirmar observacionalmente esta imagen? Sin el faro de la luz de una estrella anfitriona, los planetas que flotan libremente son difíciles de detectar. Pero se pueden descubrir a través de un método llamado microlente gravitacional.

La lente es la cosa

Cuando la luz de una fuente de fondo pasa por un cuerpo masivo en su camino hacia nosotros, el objeto intermedio actúa como una lente gravitacional, curvando la luz.

La microlente gravitacional es una poderosa herramienta para detectar exoplanetas. Esta ilustración muestra la curvatura de la luz de una fuente de fondo por un sistema planetario en primer plano. 
Crédito: NASA Exoplanet Exploration.

En el caso de la microlente, el objeto de la lente que interviene es pequeño, un objeto de masa estelar o planetaria. Debido a ello la lente no produce un anillo de luz que se pueda resolver como en las lentes fuertes. En cambio, vemos un breve brillo de la fuente de fondo cuando la lente pasa frente a ella. A partir de la forma de la curva de luz, podemos inferir las propiedades de la lente y la fuente.

Hasta ahora, se han descubierto aproximadamente 100 planetas en eventos de microlentes. Pero en la mayoría de estos casos, la masa de las lentes es en realidad una combinación de un planeta y su estrella anfitriona. Hasta ahora, solo se han encontrado un puñado de objetos que podrían ser planetas que flotan libremente, y todos han tenido una masa relativamente grande.

Eso es, hasta ahora.

Blip corto, planeta pequeño

Un estudio reciente dirigido por Przemek Mróz (Calthec) presenta un nuevo descubrimiento obtenido a partir de datos de dos telescopios de lentes gravitacionales. Se trata del evento de microlente de escala de tiempo más corto visto hasta ahora, OGLE-2016-BLG-1928. (OGLE: Optical Gravitational Lensing Experiment).

La curva de luz OGLE de 23 años de duración del evento de microlente OGLE-2016-BLG-1928 (arriba) revela un brillo único. Un primer plano de la parte ampliada de la curva de luz (abajo) muestra la estructura del evento y su modelo de mejor ajuste. 
Crédito:
 Mróz et al. 2020.

El evento se ubicó en campos de levantamiento de alta cadencia, por lo que aunque la escala de tiempo de brillo fue de solo 41.5 minutos, el Experimento de Lente Gravitacional Óptico y la Red de Telescopios de Microlentes de Corea lograron capturar un total conjunto de 15 puntos de datos ampliados. Al modelar la curva de luz, los autores establecen que el evento OGLE-2016-BLG-1928 pude ser una de dos cosas. Es un planeta que flota libremente o bien, que su estrella anfitriona se encuentra al menos a 8 unidades astronómicas de distancia de él.

Suponiendo que el planeta está ubicado en el disco galáctico (que los autores consideran probable según sus datos), se estima que pesa ~ 0,3 de masa terrestre. Esto es aproximadamente 3 veces la masa de Marte.

Entonces, ¿cómo buscar para encontrar más de estos planetas de baja masa que flotan libremente y verificar la expectativa de que sean abundantes? Ciertamente, esta detección de OGLE demuestra que es posible. Con el poder de los próximos observatorios como el Telescopio Espacial Roman Nancy Grace, es probable que detectemos más de estos mundos terrestres fugitivos.

El paper

“A Terrestrial-mass Rogue Planet Candidate Detected in the Shortest-timescale Microlensing Event,” Przemek Mróz et al. 2020 ApJL 903 L11.  doi:10.3847/2041-8213/abbfad.

Fuente: AAS NOVA

Artículo original: «A Terrestrial-Mass Planet on the Run. Susanna Kohler.  November 20, 2020.

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Sobre las microlentes gravitatorias


Esta animación ilustra el concepto de microlente gravitacional. 
Cuando una estrella en el cielo parece pasar casi frente a otra, los rayos de luz de la estrella fuente de fondo se curvan. Ello es debido al espacio-tiempo deformado alrededor de la estrella en primer plano. Esta estrella es entonces una lupa virtual, que amplifica el brillo de la estrella fuente de fondo. Entonces nos referimos a la estrella en primer plano como la estrella de la lente. Si la estrella de la lente alberga un sistema planetario, esos planetas también pueden actuar como lentes. Cada uno de ellos produce una pequeña desviación en el brillo de la fuente. Así descubrimos la presencia de exoplanetas y medimos su masa y separación de su estrella.
Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA / Laboratorio CI .

Hasta la fecha, los astrónomos han encontrado la mayoría de los planetas cuando pasan frente a su estrella anfitriona en eventos llamados tránsitos. Los datos de WFIRST también pueden detectar tránsitos, pero la misión observará principalmente el efecto contrario. Se trata de pequeñas oleadas de resplandor producidas por un fenómeno de doblez de la luz llamado microlente. Estos eventos son mucho menos comunes que los tránsitos porque dependen de la alineación casual de dos estrellas muy separadas y no relacionadas. El siguiente artículo presenta las lentes gravitacionales y contiene además una selección de recursos sobre el tema.

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