Un sistema planetario desequilibrado da pistas sobre un extraño pasado

Un grupo de astrónomos informó hoy del descubrimiento de un sistema planetario que está muy lejos del equilibrio, en el que las órbitas de dos planetas se encuentran formando un gran ángulo. Este sorprendente hallazgo afectará a las teorías sobre la manera en que los sistemas multiplanetarios evolucionan y muestra que algunos eventos violentos pueden ocurrir y afectar a las órbitas de los planetas después de que el sistema planetario se haya formado, según los investigadores.

“Los hallazgos harán que los estudios futuros de sistemas exoplanetarios sean más complejos. Los astrónomos no podrán ya suponer que todos los planetas orbitan su estrella en un único plano”, dijo Barbara McArthur de la Universidad de Texas.

McArthur y su equipo utilizaron datos del Telescopio Hubble, el Telescopio gigante Hobby-Eberly y otros telescopios terrestres combinados con un modelo muy detallado para descifrar una cantidad ingente de información sobre el sistema planetario de la cercana estrella Upsilon Andromedae.

McArthur informó sobre estos descubrimientos en una conferencia de prensa hoy en la 216ª reunión de la American Astronomical Society en Miami, junto con su colaborador Fritz Benedict, del mismo observatorio y el miembro del equipo Roy Barnes de la Universidad de Washington. El trabajo también será publicado el 1 de junio en la revista Astrophysical Journal.

 

Sistema planetario de Upsilon Andromedae. NASA, ESA, and A. Feild (STScI).

 

Desde hace más de una década, los astrónomos saben que los tres planetas del tipo de Júpiter orbitan la estrella amarilla-blanca Upsilon Andromedae. Similar a nuestro Sol, Upsilon Andromedae está a unos 44 años luz de distancia. Es un poco más joven, más masiva y más brillante que el Sol.

Combinando tipos de datos fundamentalmente diferentes aunque complementarios provenientes de varios telescopios, el equipo ha determinado las masas exactas de dos de los tres planetas conocidos, Upsilon Andromedae c y d. Mucho más impactante, sin embargo, es su descubrimiento de que no todas las órbitas de los planetas están en el mismo plano. Las órbitas de los planetas c y d están inclinados unos 30º. Esta investigación es la primera en la que una “inclinación mutua” entre dos planetas que orbitan otra estrella se ha podido medir. Además, el equipo descubrió un cuarto planeta, el e, que orbita la estrella a una distancia mucho mayor.

“Lo más probable es que Upsilon Andromedae tuviese un proceso de formación similar al de nuestro sistema solar, aunque puede haber habido diferencias en la formación tardía que habrían provocado esta evolución diferente”, dijo McArthur. “La premisa de la evolución planetaria hasta ahora ha sido la de que los sistemas planetarios se forman en un plano y continúan en un ángulo muy pequeño, al igual que nuestro sistema solar, pero ahora hemos medido un ángulo grande entre estos planetas que indica que ese caso no es así siempre”.

Hasta la actualidad, la creencia más extendida ha sido la de que una gran nube de gas sale de la estrella y que los planetas son un subproducto natural del material de desecho que se conforma en un disco. En nuestro sistema solar, hay un fósil de esa evolución porque todos los ocho planetas principales orbitan en casi el mismo plano. Los planetas enanos más externos como Pluto están en órbitas inclinadas, pero estas han sido modificadas por la gravedad de Neptuno y no están bajo un fuerte influjo gravitacional del Sol.

Varios escenarios gravitacionales diferentes podrían ser responsables de las órbitas inclinadas de Upsilon Andromedae, “las posibilidades incluyen interacciones que ocurrieron cuando los planetas migraron hacia el centro, cuando otros planetas fueron expulsados del sistema o por una ruptura del sistema estelar binario”, dijo McArthur.

Barnes, un experto en dinámica de sistemas planetarios extrasolares, añadió: “Nuestro análisis dinámico muestra que las órbitas inclinadas probablemente son el resultado de la expulsión de un miembro original del sistema planetario. Sin embargo, no sabemos si el acompañante estelar provocó esa expulsión o si el propio sistema planetario se formó de forma que algunos de los planetas originales serían expulsados. Además, encontramos que la nueva configuración está al borde de la inestabilidad: los planetas se empujan unos a otros de una forma tan fuerte que pueden incluso expulsarse mutuamente”.

Los dos tipos diferentes de datos combinados en esta investigación fueron la astrometría del Telescopio Hubble y la velocidad radial de telescopios terrestres.

La astrometría es la medición de las posiciones y velocidades de cuerpos celestiales. El grupo de mcArthur utilizó uno de los Fine Guidance Sensors (FGS) del Hubble para realizar la tarea. Los FGSs son tan precisos que pueden medir la velocidad de una estrella en el cielo provocada por sus planetas colindantes -y no vistos.

La velocidad radial es una medida del movimiento de la estrella en el cielo hacia la Tierra. Estas mediciones se hicieron en un período de 14 años utilizando telescopios terrestres, incluyendo dos en el Observatorio McDonalds y otros en Lick, Haute-Provence, y los Observatorios Whipple. La velocidad radial da una primera aproximación que se utiliza para hacer más cortas pero más precisas las mediciones del Hubble.

El hecho de que el equipo haya determinado las inclinaciones orbitales de los planetas c y d les permitió calcular las masas exactas de los dos planetas. La nueva información nos dejo claro que nuestra idea sobre qué planeta es el más pesado ha de ser modificada. Las masas mínimas iniciales dadas por la velocidad radial para el planeta c era de 2 Júpiters y de 4 Júpiters para el d. Las nuevas masas, exactas, halladas por la astrometría es de 14 Júpiters para c y 10 para d.

“Los datos del Hubble muestran que la historia no se acaba en la velocidad radial”, dijo Benedict. “El hecho de que los planetas se intercambiasen sus masas es muy bonito”.

La información recabada durante 14 años sobre la velocidad radial descubrieron pistas de que un cuarto planeta de período largo podría orbitar además de los tres que se conocen hasta ahora. Sólo hay indicios de ese planeta porque está tan lejos que la señal que crea no revela aun la curvatura de una órbita. Otra pieza perdida del puzle es la inclinación del planeta b, que requeriría una precisión 1.000 veces mayor a la del Hubble, un objetivo alcanzable por una misión espacial optimizada para la interferometría.

Los datos del Hubble confirmaron también que Upsilon Andromedae formaba parte de un sistema binario. La compañera es una enana roja menos masivo y mucho más tenue que el Sol.

“No tenemos idea de su órbita”, dijo Benedict. “Podría ser muy excéntrico. Quizá se acerque de vez en cuando, quizá tarde 10.000 años”. Un paso tan cercano podría perturbar el campo gravitacional de los planetas.

Este artículo ha sido traducido de Physorg y publicado bajo licencia CC by-sa

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