Un equipo de astrónomos de la Universidad de Chile, en colaboración con el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y la Universidad de La Laguna (ULL), ha descubierto el primer Neptuno ultracaliente, que orbita alrededor de la estrella cercana LTT 9779. El planeta gira tan próximo a su estrella que su año dura solo 19 horas, por lo que la radiación estelar calienta el planeta a más de 1.700 grados centígrados. A estas temperaturas, los elementos pesados como el hierro se pueden ionizar en la atmósfera y las moléculas se pueden disociar, lo que proporciona un laboratorio único para estudiar la química de los planetas fuera del Sistema Solar. El descubrimiento se ha publicado recientemente en Nature Astronomy.
El cuerpo pesa el doble que Neptuno, pero también es un poco más grande y, por lo tanto, tiene una densidad similar. Además, los científicos creen que este planeta, llamado LTT 9779b, debería tener un núcleo enorme de alrededor de 28 masas terrestres y una atmósfera que representa alrededor del 9% de la masa planetaria total.
El sistema tiene alrededor de la mitad de la edad del Sol, con unos 2.000 millones de años. Sin embargo, dada la intensa irradiación estelar, no se esperaría que un planeta similar a Neptuno mantuviera su atmósfera durante tanto tiempo, lo que proporciona un enigma intrigante que resolver: ¿cómo llegó a existir un sistema tan improbable?
“LTT 9779 es una estrella similar al Sol ubicada a una distancia de 260 años luz, a un tiro de piedra en términos astronómicos” -comenta Enric Pallé, investigador del IAC y coautor del artículo-. “Es muy rica en metales y tiene el doble de hierro en su atmósfera que el Sol, lo que podría ser un indicador clave de que el planeta era originalmente un gigante gaseoso mucho más grande, ya que estos cuerpos se forman preferentemente cerca de las estrellas con mayor abundancia de hierro”.
Las indicaciones iniciales de la existencia del planeta se hicieron utilizando el satélite TESS de la NASA, como parte de su misión de descubrir planetas en tránsito orbitando estrellas cercanas y brillantes en todo el cielo. Estos tránsitos se encuentran cuando un planeta pasa directamente frente a su estrella madre, bloqueando parte de la luz de las estrellas, y la cantidad de luz bloqueada revela el tamaño de la compañera.
La señal de tránsito se confirmó rápidamente a principios de noviembre de 2018 como procedente de un cuerpo de masa planetaria, utilizando observaciones tomadas con el instrumento HARPS (High Accuracy Radial-velocity Planet Searcher), montado en el telescopio de 3,6 m en el Observatorio de La Silla, de la ESO, en el norte de Chile. HARPS utiliza el método de la velocidad radial para medir las masas de los planetas y otras características orbitales. Cuando se encuentran objetos en tránsito, las mediciones de velocidad radial confirman la naturaleza planetaria de una manera eficiente. En el caso de LTT 9779b, el equipo pudo confirmar la naturaleza del planeta después de solo una semana de observaciones.
“El descubrimiento de LTT 9779b tan temprano en la misión TESS fue una completa sorpresa. La mayoría de los eventos de tránsito con períodos de menos de un día resultan ser falsos positivos”, explica James Jenkins, profesor del departamento de Astronomía de la Universidad de Chile y autor principal del artículo.
El planeta fue descubierto en el segundo de los 26 sectores de observaciones que TESS estaría observando en todo el cielo. Dado que no se había detectado ningún exoplaneta similar en las misiones precursoras de TESS (Kepler y K2), el hallazgo fue aún más emocionante.
“Seleccionamos a este candidato de una alerta TESS debido a su período orbital muy corto. Después de inspeccionar la curva de luz, encontramos que era un buen candidato para una próxima campaña de observación de una semana utilizando el espectrógrafo HARPS en La Silla”, indica Matías Díaz, doctorando en la Universidad de Chile y coautor del artículo.
LTT 9779b es un caso raro ya que existe en una región escasamente poblada del espacio de parámetros planetarios. “El planeta existe en algo conocido como el 'Desierto de Neptunos', una región desprovista de planetas cuando miramos la población de masas y tamaños planetarios. Aunque los gigantes helados parecen ser un subproducto bastante común del proceso de formación de planetas, este no es el caso muy cerca de sus estrellas. Creemos que estos planetas son despojados de sus atmósferas por la radiación estelar al poco tiempo de formarse y terminan en los llamados planetas del período ultracorto”, añade Díaz.
La misión Kepler descubrió que los planetas del período ultracorto, aquellos que orbitan sus estrellas en un día o menos, se presentan principalmente en forma de grandes gigantes gaseosos o pequeños planetas rocosos. Los modelos nos dicen que los planetas como LTT 9779b deberían ser despojados de sus atmósferas mediante un proceso llamado fotoevaporación a medida que se acercan a sus estrellas. Los grandes gigantes gaseosos, por otro lado, tienen fuertes campos gravitacionales que pueden retener sus atmósferas, por lo que terminamos con una escasez de planetas como Neptuno con los períodos orbitales más cortos.
“Los modelos de estructura planetaria nos dicen que el planeta es un mundo dominado por un núcleo gigante, pero crucialmente, deberían existir dos o tres masas terrestres de gas atmosférico. Pero si la estrella es tan vieja, ¿por qué existe una atmósfera? Si LTT 9779b comenzó su vida como un gigante gaseoso, entonces un proceso llamado desbordamiento del lóbulo de Roche podría haber transferido cantidades significativas del gas atmosférico a la estrella”, reitera Jenkins.
El desbordamiento del lóbulo de Roche es un proceso por el cual un planeta se acerca tanto a su estrella que la gravedad más fuerte de la estrella puede capturar las capas externas del planeta, provocando que se transfiera a la estrella y disminuyendo significativamente la masa del planeta. Los modelos predicen resultados similares a los del sistema LTT 9779, pero también requieren algunos ajustes.
“También podría ser que LTT 9779b llegara a su órbita actual bastante tarde, por lo que no ha tenido tiempo de ser despojado de la atmósfera. Las colisiones con otros planetas del sistema podrían haberlo arrojado hacia la estrella. De hecho, dado que se trata de un mundo tan único y poco común, pueden ser plausibles escenarios más exóticos”, agrega Pallé.
Dado que el planeta parece tener una atmósfera significativa y que orbita alrededor de una estrella relativamente brillante, los estudios futuros de la atmósfera planetaria pueden revelar algunos de los misterios relacionados con cómo se forman esos planetas, cómo evolucionan y los detalles de lo que son.
El planeta está muy caliente, lo que motiva la búsqueda de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, junto con núcleos atómicos ionizados. Es aleccionador pensar que este "planeta improbable" es probablemente tan raro que no encontraremos otro laboratorio como este para estudiar en detalle la naturaleza de los Neptunos ultracalientes.
Artículo: Jenkins et al. “An ultrahot Neptune in the Neptune desert”, Nature Astronomy, 2020. DOI: https://www.nature.com/articles/s41550-020-1142-z
Contacto en el IAC:
- Enric Pallé: epalle [at] iac.es (epalle[at]iac[dot]es)
Vídeo sobre el descubrimiento (español): https://www.youtube.com/watch?v=znZpZArtgcs
