TESS: Un descubrimiento circumbinario inusual

Los planetas circumbinarios son aquellos que orbitan alrededor de dos estrellas, una categoría de mundos pequeña pero creciente; hasta ahora hemos detectado unos 14, gracias al buen trabajo de Kepler, y al del Satélite de Reconocimiento de Exoplanetas en Tránsito (TESS). La última entrada, TIC 172900988, ilustra el desafío particular que representan tales planetas. La fotometría de tránsito es un método estándar para encontrar planetas, detectando la ahora familiar caída de la luz de las estrellas a medida que el planeta se mueve entre nosotros y la superficie de la estrella anfitriona. Kepler encontró miles de exoplanetas de esta manera. Pero cuando hay dos estrellas involucradas, las cosas se complican.

El planeta recién descubierto, TIC 172900988b, tiene aproximadamente el radio de Júpiter y es varias veces más masivo, pero orbita sus dos estrellas en menos de un año. Este mundo es caliente y no se parece a nada en nuestro Sistema Solar. 
Crédito:
PSI / Pamela L. Gay.

Se requieren tres tránsitos para determinar la trayectoria orbital de un planeta

Para que podamos hacer una detección, un planeta circumbinario tendrá que transitar por ambas estrellas, pero el tiempo de los tránsitos puede variar. El planeta puede transitar por la primera estrella, luego por la segunda, antes de volver a transitar por la primera. Nader Haghighipour (Instituto de Ciencias Planetarias, PSI) señala que el período orbital de un planeta circumbinario siempre será mucho más largo que el período orbital de la estrella binaria, y eso significa que detectar tres tránsitos será problemático para un telescopio como TESS, que observa cada porción del cielo por solo 27 días.

El documento sobre el descubrimiento de TIC 172900988b expone estos problemas:

Encontrar planetas en tránsito orbitando alrededor de estrellas binarias es mucho más difícil que alrededor de estrellas individuales. Los tránsitos son menos profundos (debido a la constante dilución de la ‘tercera luz’ del compañero binario), más ruidosos (debido a las manchas estelares y la actividad estelar de dos estrellas) y pueden mezclarse con los eclipses estelares. Esta dificultad se agrava mucho cuando las observaciones cubren una sola conjunción y, aunque se detecten múltiples tránsitos como en el sistema aquí presentado, no son periódicos, ni tienen la misma profundidad y duración … Los tiempos y formas de tránsito dependen de la orientación y movimiento de las estrellas binarias y del CBP [CircumBinary Planet, planeta circumbinario] en los tiempos observados. La complejidad de tales tránsitos es tanto una maldición como una bendición …

Una bendición, argumentan los autores, porque tal detección produce información «más rica que la que se puede obtener de un solo tránsito de un planeta de una sola estrella», ofreciendo una mejor estimación del período orbital del planeta.

 Se observó un planeta recién descubierto en el sistema TIC 172900988. En los datos de TESS, pasó frente a la estrella primaria (derecha) y 5 días después (se muestra) pasó frente a la segunda estrella (izquierda). Estas estrellas son un 30% más grandes que el Sol y difieren muy poco en tamaño. 
Crédito:
PSI / Pamela L. Gay.

El nuevo método utilizado requiere solo dos tránsitos

Haghighipour es parte de un equipo de astrónomos con experiencia en planetas circumbinarios; también contribuyó a un artículo de 2020 en ‘The Astronomical Journal‘ que produjo una técnica para descubrir planetas circumbinarios utilizando solo dos tránsitos, uno a través de cada estrella durante la misma conjunción. Fue este método, ideal para TESS, el que llevó al mismo equipo a realizar el descubrimiento recién anunciado de TIC 172900988b. Este es el primer planeta circumbinario TESS que se encuentra utilizando estos métodos.

TIC 172900988b tarda 200 días en completar una órbita completa del sistema binario. El planeta es un gigante gaseoso del tamaño de Júpiter, siendo el planeta circumbinario en tránsito más masivo encontrado hasta ahora. El equipo, dirigido por Veselin B. Kostov (Instituto SETI), observó el tránsito de la estrella primaria, seguido cinco días después por un tránsito de la secundaria, cuando el sistema binario se eclipsaba a sí mismo en una órbita de 20 días.

La misión Kepler descubrió sus mundos circumbinarios al encontrar pares de tránsitos durante una sola conjunción, dejando en claro que el fenómeno es común. De hecho, Jean Schneider y Michel Chevreton (ambos en el Observatorio de París) analizaron esta probable señal de observación desde 1990 en un artículo para ‘Astronomía y Astrofísica‘.  Ahora TESS tiene un descubrimiento circumbinario propio, a pesar de su tiempo de permanencia mucho más corto en las estrellas en su campo. Agrega Kostov:

“La ocurrencia de múltiples tránsitos cercanos durante una órbita es una firma de observación única de los planetas circumbinarios en tránsito. Este es un fenómeno geométrico que proporciona un nuevo método de detección de planetas. El descubrimiento de TIC 172900988b es la primera demostración de que el método funciona».

Esta es la Figura 5 del artículo (paper). Leyenda: Los datos fotométricos que se muestran en la Figura 4 plegados en fase en un período lineal de P = 19,65802 días. El panel izquierdo muestra el eclipse primario y el panel derecho muestra el eclipse secundario. Los diferentes conjuntos de datos están desplazados verticalmente en los paneles inferiores para mayor claridad. El cambio de fase del eclipse secundario con respecto al primario, indicativo del movimiento absidal del binario, se ve claramente en los paneles de la derecha. 
Crédito:
Kostov et al.

Observaciones futuras

Aprendemos en el análisis del artículo sobre la detección, que no estarán disponibles más datos de TESS en este planeta, lo que hace que el estudio futuro sea competencia de otros instrumentos. Del paper:

Observamos que TESS observará el objetivo nuevamente en los Sectores 44 al 47 (de Octubre de 2021 a Enero de 2022). Desafortunadamente, perderá los tránsitos previstos para las conjunciones correspondientes durante varias semanas. Por lo tanto, las observaciones de seguimiento de otros instrumentos son clave para restringir fuertemente la órbita y la masa del CBP [planeta circumbinario]. En particular, observar la conjunción prevista de Febrero-Marzo de 2022 del CBP es fundamental para resolver la órbita actualmente ambigua del planeta. Como un objetivo relativamente brillante (V = 10.141 mag), el sistema es accesible para espectroscopía de alta resolución, por ejemplo, efecto Rossiter-McLaughlin, espectroscopía de tránsito. TIC 172900988 demuestra el potencial de descubrimiento de TESS para planetas circumbinarios con períodos orbitales que exceden en gran medida la duración de la ventana de observación.

El artículo (paper) es Kostov et al., “TIC 172900988: “TIC 172900988: A Transiting Circumbinary Planet Detected in One Sector of TESS Data,” The Astronomical Journal 162, No. 6 (10 November 2021), 234 (abstract / preprint).

Fuente: Centaury Dreams.

Artículo original:TESS: An Unusual Circumbinary Discovery‘. Paul Gilster. Nov 12, 2021.

Material relacionado

La noticia publicada en otros medios

1)_ 7 días, 2 tránsitos, 3 eclipses, 1er planeta circumbinario detectado en un solo sector de datos TESS:

2)_ Un planeta recién descubierto tan grande como Júpiter pertenece a un sistema que es asombroso. El planeta orbita dos estrellas y, visto desde la Tierra, cruza las caras de ambas. Eso significa que este sistema fue todo un espectáculo para los astrónomos: observaron que las dos estrellas producían un total de tres eclipses, mientras que el planeta trazaba su camino a través de una estrella y luego, unos días después, a través de la otra.

Un caso único de sistemas de estrellas binarias acoplados gravitacionalmente

Eclipses en abundanciaesquema que muestra la configuración del sistema estelar séxtuple. El sistema cuádruple interior está compuesto por dos binarias, A y C, que se orbitan entre sí cada cuatro años aproximadamente. Una binaria externa, B, orbita el sistema cuádruple aproximadamente cada 2.000 años. Los tres pares son binarias eclipsantes. Las órbitas que se muestran no están a escala. 
Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.

En Enero de este año, un equipo internacional de investigadores dirigido por Brian P. Powell en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y Veselin B. Kostov en el Instituto SETI identificaron un sistema único que consta de seis estrellas. Las tres estrellas binarias forman un sistema ligado gravitacionalmente y cada par produce eclipses. El sistema estelar, conocido como TYC 7037-89-1, fue descubierto en los datos de TESS con una red neuronal diseñada para detectar estrellas binarias eclipsantes. Ese complejo sistema estelar se encuentra en la constelación de Eridanus, a unos 1.900 años luz de distancia de la Tierra.

El artículo siguiente lo presenta y contiene además recursos sobre sistemas múltiples de estrellas.

Curiosidades

¿Pueden los planetas que orbitan estrellas dobles estar en algún tipo de zona habitable, incluso de forma relativamente transitoria?

Supongamos que nuestro Sol fuera 2 estrellas más pequeñas orbitando a, digamos, 0.1 AU, con una salida combinada que es la misma que la del Sol, entonces la zona habitable sería estable para nuestra Tierra. El eclipse de una estrella por la otra no tendría mucho efecto, tal vez algún enfriamiento temporal parcialmente / mayormente equilibrado por la estrella oculta que luego se acerca a la Tierra. Los siguientes artículos lo abordan.

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