Un equipo científico internacional, en el que participa personal investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha puesto en marcha un ambicioso programa para cartografiar los exoplanetas situados alrededor del “desierto neptuniano” ­ ­–una región en torno a estrellas donde son muy raros los planetas del tamaño de Neptuno– con el fin de comprender mejor los mecanismos de evolución y formación de los sistemas planetarios. Este proyecto científico ha dado sus primeros resultados con la observación del sistema planetario TOI-421. El análisis de este sistema revela una arquitectura orbital sorprendentemente desalineada, lo que ofrece nuevas pistas sobre la caótica historia de estos mundos lejanos. El estudio, que marca el inicio de la colaboración ATREIDES, se ha publicado en la revista Astronomy & Astrophysics. 

¿Cuáles son los mecanismos físicos que rigen la formación y la evolución de los sistemas planetarios? Para responder a esta amplia pregunta, un equipo científico, dirigido por el Departamento de Astronomía de la Universidad de Ginebra (UNIGE), decidió centrarse en un tipo concreto de exoplaneta: los exo-Neptunos. Estos planetas, que tienen un tamaño similar al de Neptuno y unas 20 veces la masa de la Tierra, están relacionados con varias peculiaridades de la población de exoplanetas, en particular el llamado “desierto neptuniano”.

Al observar las órbitas cercanas a las estrellas, los científicos han descubierto muy pocos planetas de masa intermedia (la de Neptuno), mientras que han observado una abundancia de planetas más masivos (como Júpiter) o menos masivos (solo unas pocas masas terrestres). Esta ausencia de planetas con la masa de Neptuno es lo que los astrónomos han denominado el “desierto neptuniano”.

Investigaciones recientes también han podido destacar dos características adicionales en la distribución de los Neptunos: una zona más templada, llamada “sabana”, donde los planetas están ligeramente más alejados de su estrella que en el desierto, y donde los Neptunos son más comunes que en el desierto, y una zona de sobredensidad, entre la sabana y el desierto, llamada “cordillera neptuniana”. Estas características específicas de la población de Neptunos proporcionan un campo de juego ideal para comprender la historia de los sistemas planetarios.

“La complejidad del paisaje exoneptuniano ofrece una ventana real para comprender los procesos que intervienen en la formación y evolución de los sistemas planetarios. Esto es lo que motivó una ambiciosa colaboración científica, ATREIDES, que se basa en particular en un programa de observación a gran escala que estamos llevando a cabo utilizando los telescopios europeos más grandes, el Very Large Telescope (VLT) de la ESO con el espectrógrafo más preciso del mundo, ESPRESSO”, explica Vincent Bourrier del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, también investigador principal del programa ATREIDES y autor principal del estudio publicado en la revista Astronomy & Astrophysics.

La arquitectura orbital de TOI-421

El primer sistema observado y analizado como parte de ATREIDES se llama TOI-421. Tiene dos planetas, un Neptuno cálido, TOI-421 c, situado en la sabana, y un planeta más pequeño y cercano a la estrella, TOI-421 b. Los astrónomos han podido rastrear la caótica historia de este sistema.

Una de las hipótesis que el programa ATREIDES pretende abordar es que el paisaje neptuniano fue esculpido por la forma en que estos planetas migraron desde su lugar de nacimiento hasta sus órbitas actuales. “Algunos planetas migran lentamente y de forma temprana a través del disco de gas en el que se formaron, un proceso que debería producir órbitas alineadas; otros son impulsados violentamente a sus órbitas mucho más tarde a través de un proceso caótico llamado migración de alta excentricidad, que da lugar a órbitas muy desalineadas”, explica Enric Pallé, investigador del IAC y coautor del estudio.

Por lo tanto, una de las variables clave de esta hipótesis es la alineación entre el plano ecuatorial de la estrella y el plano orbital de cada planeta. “En el caso de TOI-421, los dos planetas del sistema están muy desalineados, lo que difiere mucho de nuestro sistema solar, en el que los planetas están alineados y, por lo tanto, giran casi en el plano ecuatorial de nuestro Sol. Esto apunta a una historia turbulenta en la evolución del sistema TOI-421 tras su formación”, señala Felipe Murgas, investigador del IAC que también ha participado en el estudio.

Futuro prometedor

El análisis de TOI-421 es solo una muestra de lo que está por venir. Proporciona a los científicos información valiosa, pero, sobre todo, permite perfeccionar las herramientas de análisis y modelización desarrolladas en la colaboración ATREIDES. Sin embargo, será necesario observar y analizar con el mismo rigor un gran número de sistemas planetarios con exo-Neptunos antes de que se pueda esbozar la evolución y la formación de los sistemas planetarios. 

“Una comprensión profunda de los mecanismos que dan forma al desierto neptuniano, la sabana y la cordillera proporcionará una mejor comprensión de la formación planetaria en su conjunto... pero es seguro que el universo nos depara otras sorpresas que nos obligarán a desarrollar nuevas teorías”, concluye Bourrier.

Artículo: Bourrier, Vincent, et al. “ATREIDES I. Embarking on a trek across the exo-Neptunian landscape with the TOI-421 system” Astronomy & Astrophysics, 701, A190, 2025. DOI: https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202554856

Contactos en el IAC:
Enric Pallé, epalle [at] iac.es (epalle[at]iac[dot]es)
Felipe Murgas, fmurgas [at] iac.es (fmurgas[at]iac[dot]es)