Un año en este planeta gigante y abrasador dura solo 16 horas

Un «Júpiter ultracaliente» recién descubierto tiene la órbita más corta de cualquier gigante gaseoso conocido.

El planeta recién descubierto está relativamente cerca de su estrella, a una distancia de solo 1,5 millones de millas (2.4 mIllones de kilómetros).
Crédito Imagen:
NASA, ESA y G. Bacon.

La búsqueda de planetas más allá de nuestro Sistema Solar ha revelado más de 4.000 mundos lejanos, orbitando estrellas a miles de años luz de la Tierra. Estos planetas extrasolares son una verdadera colección de animales, desde super Tierras rocosas y Neptunos en miniatura hasta colosales gigantes gaseosos.

Entre los planetas más confusos descubiertos hasta la fecha se encuentran los «Júpiter calientes», bolas masivas de gas que son aproximadamente del tamaño de nuestro propio planeta joviano pero que giran alrededor de sus estrellas en menos de 10 días, en contraste con la lenta órbita de 12 años de Júpiter. Los científicos han descubierto hasta la fecha unos 400 Júpiter calientes. Pero exactamente cómo se formaron estos objetos pesados en rotación sigue siendo uno de los mayores misterios sin resolver en la Ciencia Planetaria.

Ahora, los astrónomos han descubierto uno de los Júpiter ultracalientes más extremos: un gigante gaseoso que tiene aproximadamente cinco veces la masa de Júpiter y que bombardea alrededor de su estrella en solo 16 horas. La órbita del planeta es la más corta de todos los gigantes gaseosos conocidos hasta la fecha.

Debido a su órbita extremadamente cerrada y su proximidad a su estrella, se estima que el lado diurno del planeta está alrededor de 3500 Kelvin, o cerca de 6000 grados Fahrenheit, casi tan caliente como una estrella pequeña. Esto hace que el planeta, designado TOI-2109b, sea el segundo más caliente detectado hasta ahora.

A juzgar por sus propiedades, los astrónomos creen que TOI-2109b está en proceso de «decaimiento orbital», o en espiral hacia su estrella, como el agua de un baño dando vueltas en el desagüe. Se predice que su órbita extremadamente corta hará que el planeta gire en espiral hacia su estrella más rápido que otros Júpiter calientes.

El descubrimiento, que fue realizado inicialmente por el Satélite de Encuesta de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA, una misión liderada por el MIT, presenta una oportunidad única para que los astrónomos estudien cómo se comportan los planetas cuando son atraídos y tragados por su estrella.

«En uno o dos años, si tenemos suerte, es posible que podamos detectar cómo el planeta se acerca a su estrella», dice Ian Wong, autor principal del descubrimiento, quien fue postdoctorado en el MIT durante el estudio y desde entonces trasladado al Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. “En nuestra vida no veremos al planeta caer en su estrella. Pero dale otros 10 millones de años y este planeta podría no estar allí».

El descubrimiento se informa hoy en el Astronomical Journal y es el resultado del trabajo de una gran colaboración que incluyó a miembros del equipo científico TESS del MIT e investigadores de todo el mundo.

Buscando tránsitos

El 13 de Mayo de 2020, el satélite TESS de la NASA comenzó a observar TOI-2109, una estrella ubicada en la parte sur de la constelación de Hércules, a unos 855 años luz de la Tierra. La estrella fue identificada por la misión como el “Objeto de interés TESS” (TESS Object of Interest, TOI) número 2109, por la posibilidad de que pudiera albergar un planeta en órbita.

Durante casi un mes, la nave espacial recopiló mediciones de la luz de la estrella, que luego el equipo científico de TESS analizó en busca de tránsitos: caídas periódicas en la luz de las estrellas que podrían indicar que un planeta pasa por delante y bloquea brevemente una pequeña fracción de la luz de la estrella. Los datos de TESS confirmaron que la estrella alberga un objeto que transita aproximadamente cada 16 horas.

El equipo notificó a la comunidad de astronomía en general y, poco después, varios telescopios terrestres realizaron un seguimiento durante el próximo año para observar la estrella más de cerca en un rango de bandas de frecuencia. Estas observaciones, combinadas con la detección inicial de TESS, confirmaron que el objeto en tránsito era un planeta en órbita, que fue designado TOI-2109b.

Todo era coherente con que se trataba de un planeta, y nos dimos cuenta de que teníamos algo muy interesante y relativamente raro”, dice el coautor del estudio Avi Shporer, científico investigador del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT.

Día y noche

Al analizar las mediciones en varias longitudes de onda ópticas e infrarrojas, el equipo determinó que TOI-2109b es aproximadamente cinco veces más masivo que Júpiter, aproximadamente un 35 por ciento más grande y extremadamente cerca de su estrella, a una distancia de aproximadamente 1.5 millones de millas (2.4 millones de kilómetros) . Mercurio, en comparación, está a unos 36 millones de millas (57 millones de kilómetros) del Sol.

La estrella del planeta es aproximadamente un 50 por ciento más grande en tamaño y masa en comparación con nuestro Sol. A partir de las propiedades observadas del sistema, los investigadores estimaron que TOI-2109b está entrando en espiral hacia su estrella a una velocidad de 10 a 750 milisegundos por año, más rápido que cualquier Júpiter caliente observado hasta ahora.

Dadas las dimensiones del planeta y la proximidad a su estrella, los investigadores determinaron que TOI-2109b era un Júpiter ultra caliente, con la órbita más corta de cualquier gigante gaseoso conocido. Como la mayoría de los Júpiter calientes, el planeta parece estar bloqueado por las mareas, con un lado de día y el otro en noche perpetuos, similar a la Luna con respecto a la Tierra. A partir de las observaciones de TESS de un mes de duración, el equipo pudo presenciar el brillo variable del planeta mientras gira sobre su eje. Al observar el paso del planeta detrás de su estrella (conocido como eclipse secundario) en longitudes de onda tanto ópticas como infrarrojas, los investigadores estimaron que el lado diurno alcanza temperaturas de más de 3.500 Kelvin.

“Mientras tanto, el brillo del lado nocturno del planeta está por debajo de la sensibilidad de los datos de TESS, lo que plantea preguntas sobre lo que realmente está sucediendo allí”, dice Shporer. “¿La temperatura allí es muy fría, o el planeta de alguna manera toma el calor del lado del día y lo transfiere al lado de la noche? Estamos al principio de intentar responder a esta pregunta para estos Júpiter ultra calientes».

Investigaciones futuras

Los investigadores esperan observar TOI-2109b con herramientas más poderosas en un futuro cercano, incluido el Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Espacial James Webb, que pronto se lanzará. Observaciones más detalladas podrían iluminar las condiciones que experimentan los Júpiter calientes cuando caen en su estrella.

“Los Júpiter ultra calientes como TOI-2109b constituyen la subclase más extrema de exoplanetas”, dice Wong. “Acabamos de comenzar a comprender algunos de los procesos físicos y químicos únicos que ocurren en sus atmósferas, procesos que no tienen análogos en nuestro propio Sistema Solar”.

Las observaciones futuras de TOI-2109b también pueden revelar pistas sobre cómo estos sistemas vertiginosos llegan a existir en primer lugar. “Desde el comienzo de la ciencia exoplanetaria, los Júpiter calientes han sido vistos como bichos raros”, dice Shporer. “¿Cómo es que un planeta tan masivo y grande como Júpiter alcanza una órbita que solo dura unos pocos días? No tenemos nada como esto en nuestro Sistema Solar, y vemos esto como una oportunidad para estudiarlos y ayudar a explicar su existencia».

Esta investigación fue apoyada, en parte, por la NASA.

Fuente: Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Artículo original: One year on this giant, blistering hot planet is just 16 hours long. Jennifer Chu. Nov 23, 2021.

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La impresión de este artista muestra un planeta «Júpiter caliente» orbitando cerca de una de las estrellas en el rico y antiguo cúmulo de estrellas Messier 67, ubicado entre 2.500 y 3.000 años luz de la Tierra en la constelación de Cáncer (El Cangrejo).
Crédito: ESO / L. Calçada.

Los Júpiter calientes, planetas gaseosos gigantes que corren alrededor de sus estrellas anfitrionas en órbitas extremadamente estrechas, se han vuelto un poco menos misteriosos gracias a un nuevo estudio que combina modelos teóricos con observaciones del Telescopio Espacial Hubble.

Si bien los estudios anteriores se centraron principalmente en mundos individuales clasificados como «Júpiter calientes» debido a su similitud superficial con el gigante gaseoso de nuestro propio Sistema Solar, el nuevo estudio es el primero en observar una población más amplia de mundos extraños. Publicado en Nature Astronomy, el estudio, dirigido por un investigador de la Universidad de Arizona, proporciona a los astrónomos una «guía de campo» sin precedentes para los Júpiter calientes y ofrece información sobre la formación de planetas en general.

El artículo siguiente lo presenta y contiene además una selección de recursos sobre los Júpiter calientes, incluyendo proyectos para aficionados

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