Cheops revela un exoplaneta con forma de pelota de rugby

La misión de exoplanetas Cheops de la ESA ha revelado que un exoplaneta que orbita alrededor de su estrella anfitriona dentro de un día está deformado, siendo su apariencia más parecida a la de una pelota de rugby que a la de una esfera. Esta es la primera vez que se detecta la deformación de un exoplaneta, lo que ofrece nuevos conocimientos sobre la estructura interna de estos planetas que abrazan a su estrella anfitriona.

El planeta, conocido como WASP-103b, se encuentra en la constelación de Hércules. Ha sido deformado por las fuertes fuerzas de marea entre el planeta y su estrella anfitriona WASP-103, que es unos 200 grados más caliente y 1,7 veces más grande que el Sol.

Tirón de marea

Experimentamos mareas en los océanos de la Tierra principalmente debido a que la Luna tira ligeramente de nuestro planeta mientras nos orbita. El Sol también tiene un efecto pequeño pero significativo sobre las mareas, sin embargo, está demasiado lejos de la Tierra para causar grandes deformaciones en nuestro planeta. No se puede decir lo mismo de WASP-103b, un planeta de casi el doble del tamaño de Júpiter con 1,5 veces su masa, que orbita alrededor de su estrella anfitriona en menos de un día. Los astrónomos sospechaban que esta gran proximidad provocaría mareas monumentales, pero hasta ahora no han podido medirlas.

Usando nuevos datos del telescopio espacial Cheops de la ESA, combinados con datos que ya habían sido obtenidos por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA y el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, los astrónomos ahora han podido detectar cómo las fuerzas de marea deforman el exoplaneta WASP-103b de una esfera habitual, a una forma de pelota de rugby.

Cheops mide los tránsitos de exoplanetas: la disminución de la luz que se produce cuando un planeta pasa frente a su estrella desde nuestro punto de vista. Por lo general, estudiar la forma de la curva de luz revelará detalles sobre el planeta, como su tamaño. La alta precisión de Cheops junto con su flexibilidad de puntería, que permite que el satélite regrese a un objetivo y observe múltiples tránsitos, ha permitido a los astrónomos detectar la diminuta señal de la deformación de marea de WASP-103b. Esta firma distintiva se puede utilizar para revelar aún más sobre el planeta.

«Es increíble que Cheops haya podido revelar esta pequeña deformación», dice Jacques Laskar del Observatorio de París, Université Paris Sciences et Lettres, y coautor de la investigación. «Esta es la primera vez que se realiza un análisis de este tipo, y podemos esperar que la observación durante un intervalo de tiempo más largo fortalezca esta observación y conduzca a un mejor conocimiento de la estructura interna del planeta».

Planeta inflado

El equipo pudo utilizar la curva de luz de tránsito de WASP-103b para derivar un parámetro, el número de Love, que mide cómo se distribuye la masa dentro de un planeta. Comprender cómo se distribuye la masa puede revelar detalles sobre la estructura interna del planeta.

“La resistencia de un material a la deformación depende de su composición”, explica Susana Barros, del ‘Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço’ de la Universidad de Porto, Portugal, y autora principal de la investigación. “Por ejemplo, aquí en la Tierra tenemos mareas debido a la Luna y al Sol, pero solo podemos ver las mareas en los océanos. La parte rocosa no se mueve tanto. Al medir cuánto se deforma el planeta, podemos decir cuánto es rocoso, gaseoso o agua”.

El número de Love para WASP-103b es similar al de Júpiter, lo que sugiere tentativamente que la estructura interna es similar, a pesar de que WASP-103b tiene el doble de radio.

“En principio, esperaríamos que un planeta con 1,5 veces la masa de Júpiter tuviera aproximadamente el mismo tamaño, por lo que WASP-103b debe estar muy inflado debido al calentamiento de su estrella y quizás a otros mecanismos”, dice Susana.

“Si podemos confirmar los detalles de su estructura interna con futuras observaciones, tal vez podamos entender mejor qué es lo que lo hace tan inflado. Conocer el tamaño del núcleo de este exoplaneta también será importante para comprender mejor cómo se formó”.

Dado que la incertidumbre en el número de Love sigue siendo bastante alta, se necesitarán futuras observaciones con Cheops y el Telescopio Espacial James Webb (Webb) para descifrar los detalles. La altísima precisión de Webb mejorará las mediciones de la deformación de las mareas de los exoplanetas, lo que permitirá una mejor comparación entre los llamados «Júpiter calientes« y los planetas gigantes del Sistema Solar.

Movimiento misterioso

Otro misterio también rodea a WASP-103b. Las interacciones de las mareas entre una estrella y un planeta del tamaño de Júpiter muy cercano a ella generalmente harían que el período orbital del planeta se acortara, acercándolo gradualmente a la estrella antes de que finalmente sea engullido por la estrella madre. Sin embargo, las mediciones de WASP-103b parecen indicar que el período orbital podría estar aumentando y que el planeta se está alejando lentamente de la estrella. Esto indicaría que algo más que las fuerzas de marea es el factor dominante que afecta a este planeta.

Susana y sus colegas consideraron otros escenarios potenciales, como que una estrella compañera de la anfitriona afectara la dinámica del sistema o que la órbita del planeta fuera ligeramente elíptica. No pudieron confirmar estos escenarios, pero tampoco pudieron descartarlos. También es posible que el período orbital esté disminuyendo en lugar de aumentando, pero solo las observaciones adicionales de los tránsitos de WASP-103b con CHEOPS y otros telescopios ayudarán a arrojar luz sobre este misterio.

«El tamaño del efecto de la deformación de las mareas en la curva de luz del tránsito de un exoplaneta es muy pequeño, pero gracias a la altísima precisión de CHEOPS podemos verlo por primera vez», dice Kate Isaak, científica del proyecto CHEOPS de la ESA. “Este estudio es un excelente ejemplo de las muy diversas preguntas que los científicos de exoplanetas pueden abordar con CHEOPS, lo que ilustra la importancia de esta misión de seguimiento flexible”.

El paper:

‘Cheops reveals the tidal deformation of WASP-103b’ by S.C.C. Barros et al. (2021) is published in Astronomy & Astrophysics.
DOI: https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202142196

Fuente: European Space Agency (ESA), CHEOPS.

Artículo original:Cheops reveals a rugby ball-shaped exoplanet‘. Junio 11, 2022.

Material relacionado

Sobre los Júpiter calientes

Los astrónomos proporcionan una ‘guía de campo’ para los exoplanetas conocidos como júpiter calientes

La atmósfera turbulenta de un planeta gaseoso y caliente conocido como HD 80606b se muestra en esta simulación basada en datos del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA. El planeta pasa la mayor parte de su tiempo lejos de su estrella, pero cada 111 días, se balancea extremadamente cerca de la estrella, experimentando una explosión masiva de calor.
Crédito: NASA / JPL-CalTech

Al combinar las observaciones del telescopio espacial Hubble con modelos teóricos, un equipo de astrónomos ha obtenido conocimientos sobre la composición química y física de una variedad de exoplanetas conocidos como Júpiter calientes. Los hallazgos proporcionan una nueva y mejorada «guía de campo» para este grupo de planetas e informan ideas sobre la formación de planetas en general. La publicación a continuación lo expone y contiene una selección de recursos sobre los ‘Júpiters Calientes’, incluyendo proyectos para aficionados (Ciencia ciudadan).

———————————————————————————————————————————–

Una situación análoga a la de WASP-103b y su estrella anfitriona se presenta en nuestro Sistema Solar con la luna Io de Júpiter y el planeta gigante:

El proceso de estirado y relajación de Io por mareas gravitacionales de Júpiter reposa en que su órbita se mantiene excéntrica. Para mantener a Io en una órbita elíptica es necesaria la ayuda de dos de las otras lunas galileanas: Europa y Ganímedes. Existe una sincronización de movimiento de estas lunas con el de Io de modo de mantener su órbita siempre elíptica.

El proceso de estirado y relajación de Io es un mecanismo que genera calor, debido a la fricción de los materiales en el interior de esta luna. Eso hace que mantenga un océano de magma bajo su superficie y que hoy sea cuerpo del Sistema Solar con mayor actividad volcánica.

Ese mecanismo de generación de calor debido a mareas gravitatorias se llama ‘Calentamiento por Marea’ (Tidal Heating) y es el responsable de mantener los océanos de agua líquida debajo de las capas externas de hielo de las lunas oceánicas heladas del Sistema Solar. Los siguientes dos artículos lo presentan (puestos en orden de profundidad del tratamiento, de menor a mayor):

Observando exoplanetas calentados por mareas

Nota: este párrafo es un extracto del artículo anterior.

El sistema TRAPPIST-1 incluye siete planetas conocidos del tamaño de la Tierra. Es probable que se produzca un intenso calentamiento por mareas en los planetas más interiores. La zona habitable proyectada está sombreada en verde para el sistema TRAPPIST-1 y el Sistema Solar se muestra a modo de comparación. 
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Más allá de nuestro sistema solar, el calentamiento por mareas de los exoplanetas y sus satélites aumenta significativamente el volumen habitable total de la galaxia. Y a medida que se siguen confirmando exoplanetas , los investigadores estudian cada vez más el proceso en sistemas estelares distantes. Por ejemplo, siete planetas del tamaño aproximado de la Tierra orbitan cerca de TRAPPIST-1 (Figura 3), una estrella de baja masa a unos 40 años luz de nosotros, con períodos de unos pocos días terrestres y con excentricidades distintas de cero. Barr et al. [2018] llegó a la conclusión de que dos de estos planetas experimentan suficiente calentamiento por mareas para mantener los océanos de magma y los otros cinco podrían mantener los océanos de agua.

Curiosidades

La Luna pudo haber estirado la Tierra primitiva en forma de patata

El caso de un estiramiento por rotación.

Cuando la Luna se formó por primera vez, orbitaba nuestro planeta mucho más cerca, provocando efectos extraños como una rotación extremadamente rápida de nuestro planeta y una forma extraña.

Hace unos 4500 millones de años, un impacto cataclísmico creó la Luna a partir de los escombros de una Tierra apenas formada. En aquel entonces, el planeta era un lugar bastante monótono, según han asumido muchos geocientíficos, con lava ocasionalmente rezumando a través de una extensión global de corteza, y la formación de las características geológicas más complejas del planeta aún estaba muy lejos.

Pero según un nuevo modelo, la joven Luna se movía tan cerca de la Tierra en ese momento que tuvo un efecto profundamente extraño en nuestro hogar embrionario.

La Luna en esa etapa estaba hasta 30 veces más cerca de la Tierra de lo que está ahora. Nuevos cálculos encuentran que esta proximidad altera el equilibrio entre el vals orbital de la Tierra y la Luna. En última instancia, hizo que la Tierra girara tan rápido que el planeta se estiró en una forma entre una pelota de rugby y un frisbee (disco volador) de dos lados.

Marcar el enlace permanente.

Comentarios cerrados.