A la caza de Tatooine: TESS descubre su primer planeta alrededor de un sistema estelar binario

Figura 1: Impresión esquemática artística del sistema TOI – 1338.
Crédito: nasa.gov
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Dos soles sobre el horizonte. Esta escena icónica capturó la imaginación de millones en la primera película de Star Wars en 1977. Nos presentó a Tatooine, hogar de Luke Skywalker y el origen de su gran aventura para salvar la galaxia.

Pero durante mucho tiempo, un sistema planetario tan salvaje se consideró pura ficción. En ese momento, nadie sabía si había planetas más allá de nuestro propio Sistema Solar. ¿Pero un planeta alrededor de un sistema doble de estrellas? ¡Ese es un problema de tres cuerpos de libro de texto ! Todo es arrastrado y atraído por fuerzas múltiples y complejas, de modo que el movimiento de los cuerpos involucrados es casi completamente impredecible. Es así, incluso si conocemos su ubicación exacta un instante antes. Esto implica una órbita muy inestable, con uno de los cuerpos eventualmente disparándose al espacio profundo o chocando contra una de las estrellas. El planeta no podría ser habitable, dando tumbos entre un frío glacial y un calor que derrite las rocas en su corta y caótica vida.

Menos de treinta años después, nuestras ideas preconcebidas sobre los planetas y dónde podrían formarse fueron finalmente y rápidamente sacudidas hasta el núcleo.

La búsqueda de la puesta doble de soles

Poco después del descubrimiento del primer planeta fuera de nuestro Sistema Solar en 1992, en 2000 se confirmó el primer planeta que orbitaba dos estrellas. Es decir, un planeta circumbinario (CBP). Orbita alrededor de un púlsar y una enana blanca, dos cadáveres estelares. Desde entonces, se han realizado otras encuestas que utilizan diferentes métodos, en busca de CBPs.

Con el lanzamiento de la misión Kepler en 2009, esta categoría de planetas se expandió y diversificó aún más. ¡La misión descubrió, entre otros, un CBP dentro de la zona habitable e incluso un planeta ubicado en un sistema estelar cuádruple! En total, 11 sistemas estelares binarios observados por Kepler resultaron albergar al menos un planeta.

Ahora, la misión TESS (Satélite de Reconocimiento de Exoplanetas en Tránsito) continúa el legado de Kepler como un amplio esfuerzo de búsqueda de planetas en tránsito. Escanea las estrellas en busca de una caída muy leve en su flujo, causada por un planeta que cruza la superficie estelar proyectada.

La caza sigue …

a)_Características del sistema estelar binario descubierto

A principios de 2020, se anunció el primer planeta alrededor de un sistema estelar binario encontrado por TESS. Este planeta recién descubierto (llamado TOI – 1338 b) tiene aproximadamente el tamaño de Saturno. Realiza una vuelta alrededor de sus dos estrellas anfitrionas en aproximadamente 95 días (ver Figura 1 para una descripción esquemática).

El sistema estelar en sí ya se conocía antes de que se lanzara TESS. También se conoce con el pegadizo nombre EBLM J0608-59. Es un sistema binario eclipsante formado por una estrella G tipo Solar con 1,3 radios solares y una estrella M con 0,3 radios solares.

Historia del descubrimiento

Los investigadores de exoplanetas se interesaron por primera vez en TOI – 1338 después de que llamó la atención de un pasante de la NASA. Eso fue debido a una caída temporal en el flujo dentro de las curvas de luz de la estrella. Es como las que se ven en la Figura 2 en el panel superior, donde hay múltiples ‘gotas’ cortas provenientes de la estrella secundaria. Esa caída de flujo tenía una profundidad similar a un ‘eclipse secundario’. Durante este evento, la estrella más pequeña se mueve frente a la más grande y, por lo tanto, se bloquea su contribución al brillo general del sistema. Pero según los cálculos, estaba sucediendo en el momento equivocado. 

Una segunda y tercera observación de esta caída, que se muestra en la Figura 2, confirmó que era una característica real. También se señaló que las duraciones del tránsito variaron: ~ 7,2 horas, ~ 14,4 horas y ~ 9,6 horas, respectivamente. Eso es una indicación clásica para los CBP. Por lo general, un tránsito por el mismo planeta alrededor de una sola estrella debería durar exactamente la misma cantidad de tiempo para cada evento. Pero ahora hay dos estrellas dinámicas involucradas. Por ello, el tamaño de la superficie brillante que cubre el planeta depende de la posición actual de las estrellas en sus respectivas órbitas.

Figura 2: Las curvas de luz TESS de TOI – 1338 con los tránsitos planetarios resaltados en verde. 
Panel superior: datos de cadencia de 30 minutos. 
Panel central: datos de cadencia de 2 minutos.
Panel inferior: Zoom de los tres tránsitos planetarios encontrados
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Fuente: Figura 1 del paper.

No me gusta la arena

Para inferir los parámetros planetarios (como radio, período orbital, etc.), se evaluó la información proporcionada por las curvas de luz de TESS. Por  espectroscopía, se midió la velocidad de ‘bamboleo’ de la estrella primaria. La presencia de la estrella más pequeña hace que la estrella G viaje a unos 3,6 km / s alrededor del centro de masa común. Las estrellas se orbitan entre sí en aproximadamente 15 días. 

Conocidas las masas estelares, la masa planetaria se limitó a 33,0 +/- 22,0 masas terrestres. Técnicamente, el planeta provoca una contribución adicional a la velocidad radial de la estrella primaria, pero es demasiado baja para ser recogida con precisión por los instrumentos. Por tanto, la masa solo puede estimarse de forma aproximada. El radio fue obtenido a partir de la profundidad de tránsito. El valor es de 6,85 +/- 0,19 radios terrestres, por lo que el planeta puede clasificarse ampliamente como similar a Saturno. Por lo tanto, este hallazgo en particular probablemente se parezca más a un gigante gaseoso que a los desiertos de Tatooine.

¿Está TOI-1338 b en un límite de tiempo?

 Un CBP no es tan estable orbitalmente como un planeta ubicado alrededor de una sola estrella. Ello es debido al problema de los tres cuerpos, como se mencionó brevemente en la introducción. Los estudios sugieren que hay un período crítico, por debajo del cual los planetas alrededor de los sistemas estelares binarios se vuelven inestables. Eventualmente se dispersarán en una órbita no vinculada, a veces chocando con una de las estrellas. Al ejecutar estadísticas bayesianas sofisticadas , los autores muestran que las distancias entre los cuerpos en TOI-1338 han sido bastante estables durante los últimos 40.000 años. Esta es una gran noticia para el planeta, ya que indica que no será desechado ni tragado en el corto plazo.

Tatooine y la doble sombra proyectada por sus habitantes sigue siendo un gran ejemplo de narración imaginativa y hermosa. Es difícil decir si existe un duplicado exacto del mundo natal de Skywalker. Sin embargo hoy estamos seguros de que una puesta doble de soles definitivamente ya no es una idea puramente ficticia y escandalosa.

El paper

Título: TOI-1338: el primer planeta circumbinario en tránsito de TESS

Autores: Veselin B. Kostov, Jerome A. Orosz, Adina D. Feinstein, et al.

Institución del primer autor: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA + Instituto SETI.

Estado: Publicado en AJ [acceso cerrado], disponible en arXiv.

Fuente: Astrobites

Artículo original: «Hunting for Tatooine: TESS discovers its first planet around a binary star system«. Jana Steuer. Jan 26, 2021. 

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Un equipo de astrónomos, obtuvo una imagen del primer planeta encontrado en una amplia órbita dentro de un sistema triple de estrellas. Para ello utilizaron el instrumento SPHERE, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO. Se supone que la órbita de un planeta así, debería ser inestable, probablemente dando como resultado la rápida eyección del mismo, que sería expulsado del sistema. Pero, de alguna manera, este ha permanecido en él. Esta inesperada observación sugiere que este tipo de sistemas puede ser más común de lo que se pensaba. El siguiente artículo lo presenta:

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