UN EQUIPO INTERNACIONAL LIDERADO POR LA UNIVERSIDAD DE GINEBRA, SUIZA
Descubren un sistema de seis exoplanetas que se trasladan “casi” a ritmo.

El investigador argentino Rodrigo Díaz del Centro Internacional de Estudios Avanzados (ICAS), de la Universidad Nacional de San Martín y del CONICET, trabajó en la puesta a punto del telescopio que permitió advertir la presencia de este sistema de seis planetas que orbitan su estrella en tiempos casi sincronizados, a 88 años luz de la Tierra.

Carolina Vespasiano (Agencia CTyS-UNLaM) - Un equipo internacional liderado por investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE), Suiza, pudo conocer el sistema de la estrella HD 158259, compuesto por una “súper-Tierra” y cinco “mini-Neptunos”. Se trata de cuerpos con una masa de dos a seis veces la de la Tierra, respectivamente, cuya particularidad es que orbitan con una sincronía casi perfecta.

“Cuando el primer planeta da tres vueltas, el siguiente da dos vueltas, y cuando ese segundo planeta da tres vueltas, el tercero completa dos, y así hasta el sexto. A esto se lo llama cadena de resonancias con una relación de 3:2”, explicó el investigador del Centro Internacional de Estudios Avanzados (ICAS), de la Universidad Nacional de San Martín e integrante del estudio, Rodrigo Díaz, en diálogo con Agencia CTyS-UNLaM.

HD 158259 es una estrella relativamente cercana y brillante, pero sus planetas no pueden ser observados mediante métodos directos. Uno de los motivos es la cercanía que guardan con la estrella: los seis planetas caben en un espacio menor a la distancia entre Mercurio, el planeta más interno de nuestro sistema solar, y el Sol.

Para detectar la presencia de planetas, los investigadores debieron medir las variaciones en la velocidad de la estrella, es decir, los pequeños “bamboleos” que estos cuerpos le producen al dar vueltas a su alrededor.

“En esos siete u ocho años que duró la investigación, el telescopio SOPHIE visitó la estrella cerca de 300 veces y midió su velocidad”, explicó Díaz, y agregó que su labor particular en esos años fue mejorar las técnicas de análisis de los datos que aportaba el instrumental, el cual se encontraba en constante actualización.

De esa manera, lograron detectar los cinco “mini-Neptunos” del sistema. La “súper-Tierra” –el planeta más cercano a la estrella- fue detectado, primero, mediante la misión espacial TESS de la NASA, que captó la variación en el brillo de la estrella gracias a que la trayectoria del planeta pasaba, cada dos días, frente a ella.

Más tarde, la existencia de este planeta se pudo corroborar en los cálculos. “Las técnicas se complementan y nos permiten de alguna forma seguir encontrando más objetos e ir revelando el sistema en su totalidad. En este caso, tener información completa de un sistema, en este caso, tener todas las órbitas, porque encima en este caso mantienen una relación particular”, valoró el investigador.

Avanzar a tientas
Hallar un sistema planetario con cierta tendencia a la sincronía es más que una curiosidad. De hecho, para los investigadores, puede ser la clave para conocer cómo se formó el sistema y de qué manera cada uno de los planetas llegó a su posición.

“Se cree que el sistema se formó lejos de su estrella y que, por interacción con el disco de gas y polvo en el que se forman los planetas, todos esos cuerpos migraron en conjunto, en consonancia, hacia el interior. Así, quedaron atrapados en estas posiciones donde se mantiene cierta regularidad en los periodos: a medida que se mueve uno, se van moviendo todos”, desarrolló el investigador.

Sin embargo, para Díaz, lo más interesante es que, si bien luce como un sistema muy regular, no llega a serlo por un pequeño margen de error, y ese ligero desfasaje habilita la medición de otros parámetros, como por ejemplo, la composición interna de los planetas y la influencia que tienen sus mareas.

“Una de las cuestiones que saca a los planetas de esas orbitas precisas –continuó el experto- es la interacción de las fuerzas de mareas de las estrellas con las mareas de los planetas. Eso nos permite aprender cómo son los planetas por adentro, cómo se distribuye su material”.

Un telescopio con historia
Lograr la detección de exoplanetas con muy poca masa y que, por lo tanto, emiten señales muy débiles, requiere de una gran precisión instrumental. El instrumento SOPHIE, un dispositivo emplazado en el Observatorio de Alta Provenza, Francia, que data del año 1957 y que permitió, entre otros hallazgos, el descubrimiento del primer exoplaneta, fue actualizado con los años para poder llegar a revelar esos objetos que antes eran imperceptibles.

Esa fue precisamente la tarea de Rodrigo Díaz desde que viajó a Francia para realizar un postdoctorado, en el año 2009: “Lo primero que hice fue aprender mucho sobre el instrumento, trabajar sobre las técnicas de observación y las técnicas de reducción, es decir, cómo se pasa de la observación en bruto a la obtención de un dato que sea útil”.

Una seguidilla de instalaciones y mejoras que se dieron desde el 2006 son las que finalmente dieron lugar a los hallazgos y, también, a la inclusión de esos cambios en otros instrumentales. “Hoy en día, hay muchos proyectos de telescopios enormes, de 30 o 40 metros de diámetro, pero sigue habiendo toda una población de telescopios de 2 o 3 metros que, bien utilizados, bien financiados y con instrumentación de punta, puede seguir contribuyendo”, valoró el investigador.

A lo largo de su carrera, Díaz ha pasado de trabajar con el instrumental al análisis de datos. “Ese camino sinuoso –reflexionó el investigador- me ha sido muy útil porque conozco bien los instrumentos, conozco cómo funcionan, y eso enriquece el análisis porque te permite detectar problemas”.

En descubrimientos como este peculiar sistema, en los que se cuenta apenas con las pistas que deja la estrella, esa rigurosidad cobra un valor mayor. “Uno tiene que tener un espíritu crítico enorme, un escepticismo gigantesco, y a la vez debe mantener la puerta abierta para la sorpresa”, concluyó el investigador.

Fecha de Publicación: 2020-05-06
Fuente: Agencia CTyS
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Carolina Vespasiano
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Astronomía: seis planetas (casi) en ritmo.
Un equipo internacional liderado por investigadores de la Universidad de Ginebra ha descubierto un sistema de seis planetas.

Casi visible a simple vista en la constelación de Draco, la estrella HD 158259 ha sido observada durante los últimos siete años por astrónomos utilizando el espectrógrafo SOPHIE. Este instrumento, instalado en el Observatorio de la Alta Provenza en el sur de Francia, adquirió trescientas mediciones de la estrella. El análisis de los datos realizados por un equipo internacional liderado por investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE), ha llevado al descubrimiento de que la estrella HD 158259 tiene seis compañeros planetarios: una "super-Tierra" y cinco "mini-Neptunes". Estos planetas muestran un espaciado excepcionalmente regular, que sugiere cómo se pudo haber formado el sistema. Este estudio, publicado en la revista Astronomy & Astrophysics, también incluye observaciones del telescopio espacial TESS de la estrella, que revelan la densidad del planeta más interno.

Las mediciones SOPHIE de HD 158259 permiten medir con gran precisión la velocidad de la estrella en la dirección de la línea de visión. Es el mismo tipo de mediciones que conducen al descubrimiento de 51 Peg b por los ganadores del Premio Nobel 2019 Michel Mayor y Didier Queloz, en 1995. Además, la detección de 51 Peg b y de los seis planetas de HD 158259 se hizo usando el mismo telescopio. Sin embargo, la inauguración de un sistema con planetas tan pequeños no habría sido factible en 1995, ni en la instalación de SOPHIE en 2006. "El descubrimiento de este sistema de excepciones ha sido posible gracias a la adquisición de un gran número de mediciones, así como a una mejora dramática del instrumento y de nuestras técnicas de procesamiento de señales", afirma Fran-ois Bouchy, profesor del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de UNIGE y coordinador del programa de observación. "Este es un gran trabajo y muestra el importante papel que desempeñan los telescopios más pequeños en la promoviendo los avances de la astronomía a través de investigaciones de alta calidad utilizando observatorios antiguos, pero bien financiados", añade Paul A. Wilson, investigador de la Universidad de Warwick y coautor del estudio.

Las observaciones de SOPHIE mostraron que el planeta más cercano a HD 158259 y los cinco planetas exteriores presentan masas de dos y seis veces la de la Tierra, respectivamente. El sistema se ha encontrado compacto, en el sentido de que la distancia del planeta más exterior a su estrella es 2,6 veces menor que la distancia entre Mercurio y el Sol. Además, el telescopio espacial TESS de la NASA observó una disminución del brillo de la estrella a medida que el planeta más interno transitaba entre el observador y la estrella. "Las mediciones TESS apoyan fuertemente la detección del planeta y permiten estimar su radio, que aporta información muy valiosa sobre la estructura interna del planeta", dice Isabelle Boisse, investigadora del Laboratorio de Astrofísica de Marsella y coautora del estudio.

Planets in rythm

Cientos de sistemas multiplanetarios son conocidos, pero sólo una docena contienen seis planetas o más. La presencia de seis planetas orbitando HD 158259 por lo tanto ya hace que este sistema sea notable, pero no es su característica más interesante: lo que lo hace excepcional es su regularidad. De hecho, la relación de período de cualquiera de los dos planetas subsiguientes es cercana a 3:2. Esto significa que como el primer planeta, el más cercano a la estrella, completa tres órbitas, el segundo completa alrededor de dos. A medida que este segundo planeta completa tres órbitas, el tercero completa alrededor de dos, y así sucesivamente.

Esta situación se entiende mejor en el marco general de las "resonancias", que desempeña un papel clave en la arquitectura de los sistemas planetarios. Se dice que varios planetas están en resonancia

cuando se encuentran en la misma configuración periódicamente, después de completar un número potencialmente diferente de órbitas. "Esto es comparable a varios músicos que golpean a distintos rythms, pero que golpean al mismo tiempo al principio de cada bar", dice Nathan C. Hara, investigador del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de UNIGE, miembro del instituto PlanetS y primer autor del estudio. Los planetas también pueden estar cerca de la resonancia, pero no exactamente dentro. Este es el caso de los planetas de HD 158259.

Inferring the history of the system

¿Por qué es interesante este sistema? Uno de los objetivos del estudio de los sistemas planetarios es entender su formación. Sobre este tema, todavía se debaten varias cuestiones. En particular: ¿los planetas se forman cerca de su posición final en el sistema, o se mueven a través del sistema después de que se han formado? Este último escenario, llamado migración planetaria, parece explicar la formación de los seis planetas de hd 158259. "Se conocen varios sistemas compactos con varios planetas en, o cerca de resonancias, como TRAPPIST-1 o Kepler-80. Se cree que estos sistemas se forman lejos de la estrella antes de migrar hacia ella. En este escenario, las resonancias juegan un papel crucial", dice Stephane Udry, profesor del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la UNIGE.

En el sistema HD 15829, cuando un planeta completa tres órbitas, su vecino exterior más cercano completa alrededor de dos. "Aquí, "sobre" es importante. Además de la ubicuidad de la relación del período 3:2, esto constituye la originalidad del sistema", dice Nathan Hara. Los planetas están cerca de la resonancia, pero no exactamente dentro. Esto sugiere que los planetas solían estar atrapados en la resonancia en el pasado, migrando sincrónicamente y luego se alejó de la resonancia. "Además, la salida actual de los ratios de período de 3:2 contiene una gran cantidad de información. Con estos valores por un lado, y los modelos de efecto de marea por otro, podríamos restringir la estructura interna de los planetas en un estudio futuro. En resumen, el estado actual del sistema nos da una ventana sobre su formación", concluye el investigador con sede en Ginebra.

16 de abril de 2020 

Contact:
Nathan Hara
CHEOPS Fellow in the Department of Astronomy
Faculty of Science

+41 22 379 24 14
[email protected]

UNIVERSITY OF GENEVA
24 rue du Général-Dufour
1211 Genève 4
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F. +41 (0)22 379 11 34

Fotogaleria de esta nota (creditos)

1) Le Professeur Stéphane Udry, directeur du Département d'astronomie de la Faculté des sciences de l'Université de Genève.

Professor Stéphane Udry, Director of the Astronomy Department of the Faculty of Sciences of the University of Geneva.

2) Le Square Kilometre Array, ou SKA, est un radiotélescope gigantesque, qui sera construit ces prochaines années sur deux sites : l’un en Afrique du Sud, avec 130 antennes de 15 mètres de diamètre, et l’autre en Australie de l’Ouest, qui comptera 130'000 antennes de type TV. Grâce à cette installation, certains des grands mystères de l’Univers pourront être étudiés en détails.

3) Nathan Hara, post-doctorant au Département d’astronomie de la Faculté des sciences de l’UNIGE et membre de PlanetS.

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