La infancia de los exoplanetas

Si imaginamos la vida de un planeta como la de una persona, en la actualidad, de los más de 4000 planetas que conocemos fuera de nuestro Sistema Solar, más del 99% son planetas adultos con sus propiedades ya desarrolladas y estables en el tiempo. Entonces, ¿dónde están los planetas jóvenes? ¿por qué conocemos tan pocos sistemas planetarios en «edad infantil»?

Recreación artística de una estrella en formación durante los primeros millones de años de vida,
con un disco circunestelar a su alrededor del que se «alimenta». Fuente: ESO/L. Calcada

Un un estudio que publicamos hoy en la revista Astronomy & Astrophysics liderado desde el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) presentamos la confirmación de los primeros planetas rocosos (como la Tierra, Mercurio, Venus o Marte; en contraposición de los planetas gaseosos como Júpiter, Saturno, Urano o Neptuno) alrededor de una estrella joven. Cuando pensamos en algo que podemos calificar como «joven», en escalas humanas, estamos pensando en algo de unos pocos años. En escalas astronómicas, decimos que una estrella o un sistema planetario es joven si su edad es inferior a mil millones de años. El Universo en el que vivimos tiene una edad estimada de unos trece mil millones de años. Si consideramos que la vida de una persona media son 80 años, estamos hablando de estrellas con una edad equivalente en escala humana inferior a 6 años. Es decir, hablamos de estrellas muy jóvenes, en edad de guardería o parbulario. Durante los primeros millones de años de vida (equivalente a los primeros días de vida de una persona) la estrella está rodeada de un disco de gas y polvo del que se alimenta, engullendo todo el material que puede hasta que pasados unos 10 millones de años el material se dispersa. Durante ese tiempo, en ese disco de material se forman los planetas. Al disiparse el disco, los planetas quedan solos, orbitando alrededor de su estrella recién nacida en un baile cósmico que durará miles de millones de años. Además, de los pocos planetas que se conocían alrededor de estas estrellas jóvenes (una veintena en total), todos eran planetas gigantes gaseosos, como nuestro Júpiter. Esto no quería decir que no hubiera planetas como la Tierra en estrellas jóvenes (obviamente los tiene que haber si los encontramos en estrellas más adultas) sino que no podíamos detectarlos con las técnicas que empleábamos. Y es que resulta que las estrellas jóvenes, como los humanos y en general cualquier especie animal, son bastante revoltosas y activas a estas edades tan tempranas. Esta actividad, como hablamos la semana pasada en el artículo sobre Próxima Centauri, contamina las señales que nos llegan de la estrella y dificultan la detección de los posibles planetas a su alrededor, especialmente de planetas pequeños como la Tierra. Por eso, es necesario un seguimiento muy detallado para poder encontrarlos.

Movimiento de una estrella debido a la fuerza ejercida por el planeta girando a su
alrededor. La estrella y el planeta se mueven alrededor del centro de masas del sistema. Al moverse la estrella, su luz se ve más roja o más azul según la posición en la órbita por el efecto Doppler. Esto es lo que empleamos para medir la masa del planeta. Fuente: Alysa Obertas

Esto es lo que hizo la misión espacial K2 entre 2014 y 2018, que estuvo observando 19 localizaciones distintas de nuestro cielo constantemente en busca de tránsitos planetarios en cientos de miles de estrellas (es decir, buscando disminuciones del brillo de una estrella producidas por un planeta al pasar por delante de ella). Entre muchos otros, encontró dos sistemas planetarios múltiples (con más de un planeta) de características muy interesantes denominados K2-32 y K2-233. En el primer caso, 4 planetas con tamaños muy dispares eclipsaban a su estrella. En el caso de K2-233, eran tres los planetas que la eclipsaban, dos de ellos con tamaños similares a la Tierra. Desgraciadamente, la misión K2 sólo nos permite conocer el tamaño de los planetas eclipsantes, de modo que necesitamos aplicar técnicas alternativas para poder conocer su masa. Esto es muy importante porque sólo sabiendo su masa podemos confirmar que los objetos que están eclipsando a la estrella son realmente planetas.

Además, conocer la masa de los planetas es crucial para entender su composición y poder así saber si son rocosos (como la Tierra) o gaseosos (como Júpiter o Saturno). Así, empleamos la técnica de la velocidad radial para medir la masa de esos planetas, observando estos dos sistemas durante varios años desde el Observatorio de La Silla (ESO, Chile) para medir el bamboleo de la estrella provocado por la presencia de los planetas a su alrededor.

Esquema de los dos sistemas planetarios estudiados en este trabajo. El tamaño de los planetas es proporcional a su tamaño real. El tamaño de la Tierra a escala se muestra en la parte inferior por comparación.

Estas observaciones son las que nos han permitido entender bien estos dos sistemas y comprender su relevancia. En el caso de K2-233, la estrella tiene una edad de 600 millones de años (el equivalente a unos 4 años de una persona) y dos de sus planetas (los más cercanos a la estrella) son similares en tamaño y masa a la Tierra, con una composición rocosa como la nuestra. El tercer planeta orbita algo más lejos, pero todos ellos están a una distancia de su estrella inferior a una quinta parte de la distancia Tierra-Sol. Por primera vez, hemos sido capaces de medir la masa de dos planetas rocosos en una estrella tan joven. Esto es de vital importancia para entender cómo se forman y se desarrollan este tipo de planetas en los primeros momentos de su vida. Además, como eclipsan a su estrella, podremos estudiar sus atmósferas cuando en 2021 se lance el telescopio espacial James Webb que nos abrirá la puerta al estudio de la habitabilidad de los exoplanetas a través del estudio de sus atmósferas. Por último, medir la edad de las estrellas es una tarea muy compleja durante su edad adulta. Sin embargo, en estas edades tan tempranas, podemos determinarla con más precisión. Esto es clave para entender los diferente procesos astrobiológicos que se pueden estar desarrollando en los planetas a su alrededor, pues como vimos en nuestro anterior artículo sobre las posibilidades del desarrollo de vida y vida inteligente en un planeta como la Tierra, determinar la edad de un sistema planetario es crucial para entender las probabilidades de que allí se desarrolle. En el caso de K2-233, sus planetas rocosos se encuentran demasiado cerca de la estrella como para que puedan albergar vida tal y como la conocemos. Pero en futuros estudios podremos buscar planetas en órbitas más alejadas con condiciones más favorables para la vida.

El otro sistema planetario, K2-32, contiene un planeta como la Tierra en su zona más cercana a la estrella, seguido de un gigante gaseoso y dos planetas como nuestro Neptuno (ver la infografía en la imagen de arriba). Y todos ellos girando alrededor de su estrella a distancias inferiores a la mitad de la órbita de Mercurio (un quinto de la distancia Tierra-Sol). Esto hace que K2-32 sea una versión compacta de nuestro Sistema Solar, en el que los planetas rocosos están situados en la zona interna del sistema planetario mientras que en las zonas exteriores encontramos los gigantes gaseosos seguidos de planetas de tamaños intermedios. Esta «arquitectura» de los sistemas planetarios (entendida como la configuración de sus órbitas y propiedades físicas) es clave para entender los procesos de evolución y formación planetaria, cómo los planetas se han movido de sus órbitas, cómo han viajado, debido a diferentes procesos. En definitiva, en este trabajo hemos confirmado los siete planetas en estos dos sistemas planetarios: por un lado, los primeros planetas rocosos en una estrella joven y por otro uno de los pocos sistemas planetarios con una arquitectura tan similar a nuestro Sistema Solar.

Jorge Lillo Box
Investigador Centro de Astrobiología

 

Masses for the seven planets in K2-32 and K2-233. Four diverse planets in resonant chain and the first young rocky worlds
J. Lillo-Box, T.A. Lopez, A. Santerne, L.D. Nielsen, S.C.C. Barros, M. Deleuil, L. Acuña, O. Mousis, S.G. Sousa, V. Adibekyan, D.J. Armstrong, D. Barrado, D. Bayliss, D.J.A. Brown, O.D.S. Demangeon, X. Dumusque, P. Figueira, S. Hojjatpanah, H.P. Osborn, N.C. Santos y S. Udry.

 

Tierras infantiles, Eppur si mueve

Nota de prensa del Centro de Astrobiología

 

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Comentarios

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