Misiones de la NASA espían al posible primer planeta “superviviente” abrazando una estrella enana blanca

Un equipo internacional de astrónomos que usó el Satélite de Estudio de Exoplanetas en Tránsito (TESS por sus siglas en inglés) de la NASA y el ya retirado Telescopio Espacial Spitze ha anunciado lo que puede ser el hallazgo del primer planeta intacto orbitando cerca de una enana blanca, el denso remanente de una estrella similar al Sol y solo un 40% más grande que la Tierra.

El objeto, del tamaño de Júpiter y denominado WD 1856 b, es aproximadamente siete veces más grande que la enana blanca, llamada WD 1856+534. Da vueltas a esta ceniza estelar cada 34 horas, algo más de 60 veces más rápido de lo que Mercurio orbita nuestro Sol.

"WD 1856 b de alguna manera se acercó mucho a su enana blanca y aún así logró mantenerse entero", destacó Andrew Vanderburg, profesor asistente de astronomía en la Universidad de Wisconsin-Madison. "El proceso de creación de una enana blanca destruye los planetas próximos, y cualquier cosa que posteriormente se acerque demasiado también suele ser destrozada por la inmensa gravedad de la estrella. Todavía tenemos muchas preguntas sobre cómo WD 1856 b llegó a su ubicación actual sin sufrir uno de esos destinos".

Un artículo sobre este sistema, dirigido por Vanderburg que incluye a varios coautores de la NASA, aparece en la edición del 17 de septiembre de la publicación académica Nature y está disponible en línea.

TESS monitorea grandes franjas del cielo, denominadas sectores, durante casi un mes por vez. Esta amplia visión permite al satélite hallar exoplanetas, o mundos más allá de nuestro sistema solar, observando cambios en el brillo estelar ocasionados cuando un planeta cruza enfrente, o transita, su estrella.

El satélite detectó a WD 1856 b a unos 80 años luz de distancia en la constelación septentrional de Draco. Orbita a una enana blanca fría y tranquila que tiene aproximadamente 11.000 millas (18.000 kilómetros) de diámetro, que puede tener hasta 10 mil millones de años de antigüedad y es el miembro distante de un sistema de tres estrellas.

Cuando una estrella como el Sol agota su combustible, se expande en cientos o miles de veces su tamaño original, formando una estrella gigante roja más fría. Eventualmente, expele las capas externas de gas, perdiendo hasta el 80% de su masa. El núcleo caliente remanente se convierte en una enana blanca. Cualquier objeto cercano suele ser tragado e incinerado durante el proceso, lo que en este sistema habría incluido a WD 1856 b en su órbita actual. Vanderburg y sus colegas estiman que el posible planeta debió formarse a una distancia al menos 50 veces más lejos de su ubicación actual.

"Sabemos desde hace mucho tiempo que, tras el nacimiento de las enanas blancas, los pequeños objetos distantes como asteroides y cometas pueden dispersarse hacia el interior de la estrella. Generalmente son fragmentados por la fuerte gravedad de la enana blanca y se transforman en un disco de escombros", explicó Siyi Xu, coautor y astrónomo asistente del Observatorio internacional Gemini en Hilo, Hawái. "Por eso me emocioné cuando Andrew me habló de este sistema. Hemos observado indicios de que los planetas podrían dispersarse hacia el interior, pero esta parece ser la primera vez que vemos un planeta hacer el recorrido intacto".

El equipo sugiere varios escenarios posibles que podrían empujar a WD 1856 b en un tránsito elíptico alrededor de la enana blanca. Esta trayectoria se habría vuelto más circular con el tiempo a medida que la gravedad de la estrella estirase del objeto, creando enormes mareas que mitigaban su energía orbital.

"El caso más probable involucra a otros cuerpos planetarios del tamaño de Júpiter cercanos a la órbita original de WD 1856 b", señaló la coautora del estudio, Juliette Becker, becaria en ciencia planetaria de 51 Pegasi b en Caltech (Instituto Tecnológico de California), en Pasadena. "La influencia gravitacional de objetos así de grandes podría fácilmente facilitar la inestabilidad necesaria para empujar un planeta hacia el interior. Pero en este momento, tenemos más teorías que datos".

Otros posibles escenarios implican el tirón gravitacional gradual de las otras dos estrellas del sistema, las enanas rojas G229-20 A y B, durante miles de millones de años y el paso de una estrella roja que perturba el sistema. El equipo de Vanderburg considera que estas y otras explicaciones son menos probables porque requieren de condiciones excepcionales para lograr el mismo efecto que el de los posibles planetas gigantes vecinos.

Los objetos del tamaño de Júpiter tienen una amplia gama de masas, desde planetas solo unas pocas veces más densos que la Tierra hasta el de estrellas de baja masa de miles de veces la masa de la Tierra. Otros son enanas marrones, que están entre planeta y estrella. Por lo general, los científicos recurren a las observaciones de velocidad radial para medir la masa de un objeto, lo que ofrece indicios sobre su composición y naturaleza. Este método se basa en estudiar cómo un objeto en órbita tira de su estrella y altera el color de su luz. Pero en este caso, la enana blanca es tan vieja que su luz se ha vuelto demasiado tenue y sin rasgos distintivos para que los científicos detecten cambios notables.

En vez de eso, el equipo observó el sistema en la banda de infrarrojo utilizando al Spitzer, meses antes de que el telescopio fuese retirado de servicio. Si WD 1856 b fuese una enana marrón o una estrella de baja masa, emitiría su propio brillo infrarrojo. Es decir, que Spitzer registraría un tránsito más brillante que si el objeto fuese un planeta, el cual en lugar de emitir luz la bloquearía. Cuando los investigadores compararon los datos de Spitzer con las observaciones de tránsito de luz visible tomadas con el Gran Telescopio Canarias en las Islas Canarias, España, no observaron diferencias perceptibles. Eso, combinado con la edad de la estrella y otra información sobre el sistema, los llevó a concluir que WD 1856 b muy probablemente es un planeta de no más de 14 veces el tamaño de Júpiter. Las investigaciones y observaciones futuras confirmarán esta conclusión.

Encontrar un posible mundo orbitando de cerca una enana blanca llevó a la coautora Lisa Kaltenegger, Vanderburg y otros a considerar las implicaciones para el estudio de atmósferas de pequeños mundos rocosos en situaciones similares. Por ejemplo, supongamos que un planeta del tamaño de la Tierra se encuentrara en el rango de distancia orbital de WD 1856, y que pudiese tener agua en su superficie. Usando simulaciones, los investigadores consideran que el próximo telescopio espacial James Webb de la NASA podría detectar agua y dióxido de carbono en ese mundo hipotético mediante la observación de solo cinco tránsitos.

Los resultados de estos cálculos, liderados por Kaltenegger y Ryan MacDonald, ambos de la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York, se divulgaron en la publicación académica The Astrophysical Journal Letters y están disponibles en línea.

"Lo que es aún más impresionante es que el telescopio Webb podría detectar combinaciones de gases que indicarían actividad biológica en un mundo similar en tan solo 25 tránsitos", dijo Kaltenegger, director del Instituto Carl Sagan de Cornell. “La existencia de WD 1856 b sugiere que los planetas pueden sobrevivir a la caótica travesía de las enanas blancas. En condiciones adecuadas, esos mundos podrían mantener condiciones favorables para la vida durante más tiempo de lo previsto para la Tierra. Ahora podemos explorar nuevas e intrigantes posibilidades de vida en mundos que orbitan estos núcleos estelares muertos".

Actualmente no hay evidencia que sugiera que existen otros mundos en el sistema, pero es posible que haya planetas adicionales aún no identificados. Podrían tener órbitas que excedieran el tiempo de observación de TESS para ese sector o estar inclinadas de forma tal que no produzcan tránsito. Además, la enana blanca es tan pequeña que la probabilidad de observar los tránsitos de planetas más distantes en el sistema es muy baja.

TESS es una misión de Exploración Astrofísica de la NASA dirigida y operada por el MIT en Cambridge, Massachusetts, y administrada por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Los socios adicionales incluyen a: Northrop Grumman, con sede en Falls Church, Virginia, el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California, el Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian en Cambridge, Massachusetts, el Laboratorio Lincoln del MIT y el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore. Más de una docena de universidades, institutos de investigación y observatorios de todo el mundo participan en la misión.

El Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL por sus siglas en inglés) de la NASA en el sur de California administró la misión Spitzer para la Dirección de Misiones Científicas de la agencia en Washington. Los datos científicos del Spitzer continúan siendo analizados por la comunidad científica a través del archivo de datos Spitzer, ubicado en el Archivo de Ciencia de Infrarrojos del Centro de Análisis y Procesamiento de Infrarrojos (IPAC) en Caltech. Las operaciones científicas se llevaron a cabo en el Centro de Ciencias Spitzer en Caltech. Las operaciones de la nave se llevaron a cabo en Lockheed Martin Space en Littleton, Colorado. Caltech administra JPL para la NASA.

Para más información sobre TESS, visite el siguiente enlace (en inglés):
https://www.nasa.gov/tess

Para más información sobre Spitzer, visite el siguiente enlace (en inglés):
https://www.nasa.gov/spitzer

Versión en inglés.