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


El planeta recién descubierto está relativamente cerca de su estrella, a una distancia de solo unos 1,5 millones de millas de distancia. Crédito: NASA, ESA y G. Bacon

La búsqueda de planetas más allá de nuestro sistema solar ha arrojado 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 se mueven alrededor de sus estrellas en menos de 10 días, en contraste con la órbita de 12 años de Júpiter. Los científicos han descubierto alrededor de 400 Júpiter calientes hasta la fecha. Pero exactamente cómo llegaron a ser estos pesados remolinos 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 se lanza alrededor de su estrella en solo 16 horas. La órbita del planeta es la más corta de cualquier gigante gaseoso conocido hasta la fecha.

Debido a su órbita extremadamente estrecha y su proximidad a su estrella, se estima que el lado diurno del planeta es de alrededor de 3.500 Kelvin, o cerca de 6.000 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 "desintegración orbital", o en espiral en su estrella, como el agua del baño que rodea el desagüe. Se predice que su órbita extremadamente corta hará que el planeta se dirija en espiral hacia su estrella más rápido que otros Júpiter calientes.

El descubrimiento, que fue realizado inicialmente por el Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA, una misión dirigida por el MIT, presenta una oportunidad única para que los astrónomos estudien cómo se comportan los planetas a medida que 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 se ha mudado 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.

Vía de tránsito

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 2.109º "Objeto de interés TESS", 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 el equipo científico de TESS luego analizó en busca de tránsitos: caídas periódicas en la luz de las estrellas que podrían indicar un planeta que 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 astronómica en general, y poco después, múltiples telescopios terrestres siguieron 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 el objeto en tránsito como un planeta en órbita, que fue designado TOI-2109b.

"Todo era consistente con que fuera 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 de distancia. Mercurio, en comparación, está a unos 36 millones de millas 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 en espiral en 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 es un Júpiter ultracaliente, 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 perpetuo de día y noche, 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 a medida que gira sobre su eje. Al observar el paso del planeta detrás de su estrella (conocido como eclipse secundario) en longitudes de onda ópticas e 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 calor en el lado diurno y lo transfiere al lado nocturno? Estamos en el comienzo de tratar de responder a esta pregunta para estos Júpiter ultracalientes".

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 a medida que caen en su estrella.

"Los Júpiter ultracalientes 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 tales sistemas vertiginosos llegan a ser en primer lugar. "Desde el comienzo de la ciencia exoplanetaria, los Júpiter calientes han sido vistos como bolas extrañas", dice Shporer. "¿Cómo un planeta tan masivo y grande como Júpiter alcanza una órbita que dura solo 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".

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