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El primer planeta localizado alrededor de una enana blanca y que es más grande que ella

Con los datos del satélite TESS de la NASA, el telescopio espacial Spitzer y el Gran Telescopio Canarias (GTC), un equipo internacional de astrónomos ha detectado el que podría ser el primer planeta intacto localizado en órbita en torno a una estrella que fue como el Sol, pero que ahora es más pequeña que el exoplaneta. El Instituto de Astrofísica de Canarias participa en el descubrimiento.

ilustración de WD 1856 b, un potencial planeta del tamaño de Júpiter que orbita su tenue estrella enana blanca cada día y medio. / Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

Investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y otros centros internacionales han descubierto un planeta orbitando alrededor de una enana blanca, el denso resto de una estrella similar a la nuestra. Para realizar el hallazgo, que publica hoy la revista Nature, se han utilizado las observaciones del satélite TESS de la NASA, el retirado telescopio espacial Spitzer y el Gran Telescopio Canarias (GTC).

El objeto del tamaño de Júpiter, llamado WD 1856 b, es aproximadamente siete veces más grande que la enana blanca, llamada WD 1856 + 534, solo un 40% más grande que la Tierra. El exoplaneta orbita entorno a ella cada 34 horas, más de 60 veces más rápido que Mercurio alrededor de nuestro Sol. 

“De alguna manera, WD 1856 b se acercó mucho a su enana blanca y logró mantenerse de una sola pieza”, señala Andrew Vanderburg, profesor asistente de Astronomía en la Universidad de Wisconsin-Madison (EE UU) y autor principal del artículo.

Este exoplaneta del tamaño de Júpiter, llamado WD 1856 b, es aproximadamente siete veces más grande que la enana blanca, llamada WD 1856 + 534

“El proceso de creación de la enana blanca destruye los planetas cercanos, y cualquier cosa que luego se acerque demasiado suele ser destrozada por la inmensa gravedad de la estrella. Todavía tenemos muchas preguntas sobre cómo WD 1856 b llegó a su ubicación actual sin encontrarse con uno de esos destinos”, añade. 

TESS detectó WD 1856 b a unos 80 años luz de distancia en la constelación de Draco. Orbita a una enana blanca fría y tranquila que tiene aproximadamente 18.000 km de diámetro, puede tener hasta diez mil millones de años y es un miembro distante de un sistema de estrellas triples. 

Cuando una estrella similar al Sol se queda sin combustible, se hincha hasta cientos o miles de veces su tamaño original, formando una estrella gigante roja más fría. Posteriormente, expulsa sus capas externas de gas, perdiendo hasta el 80% de su masa, y el núcleo caliente restante se convierte en una enana blanca.

“Cualquier objeto cercano es engullido e incinerado durante este proceso, que en este sistema habría incluido WD 1856 b en su órbita actual. Por ello, los astrofísicos estiman que el posible planeta debe haberse originado al menos 50 veces más lejos de su ubicación actual”, indica Felipe Murgas, investigador del IAC y coautor del artículo. 

“Sabemos desde hace mucho tiempo que después del nacimiento de las enanas blancas, pequeños objetos distantes, como asteroides y cometas, pueden dispersarse hacia estas estrellas. Por lo general, son separados por la fuerte gravedad de la enana blanca y se convierten en un disco de escombros”, explica Siyi Xu, astrónomo asistente del Observatorio Gemini en Hilo, Hawái.

“Por eso estaba tan emocionado cuando Andrew me habló de este sistema. Hemos visto indicios de que los planetas también podrían dispersarse hacia adentro, pero esta parece ser la primera vez que vemos un planeta que hizo todo el viaje intacto”, añade. 

Varios posibles caminos hacia la estrella

El equipo sugiere varios escenarios que podrían haber empujado a WD 1856 b hacia un camino elíptico alrededor de la enana blanca. Esta trayectoria se habría vuelto más circular con el tiempo a medida que la gravedad de la estrella estiraba el objeto, creando enormes mareas que disipaban su energía orbital. 

“El caso más probable involucra a varios otros cuerpos del tamaño de Júpiter cercanos a la órbita original de WD 1856 b,” explica Enric Pallé, investigador del IAC y también coautor del artículo.

“Otros posibles escenarios contemplan el tirón gravitacional gradual de las otras dos estrellas del sistema, las enanas rojas G229-20 A y B, durante miles de millones de años y un sobrevuelo de una estrella rebelde que perturba el sistema. Pero estas y otras explicaciones son menos probables porque requieren condiciones muy específicas para lograr los mismos efectos que los posibles planetas gigantes compañeros”. 

WD 1856 b es muy probablemente un planeta con no más de 14 veces la masa de Júpiter, y orbita en torno a la enana blanca cada 34 horas, más de 60 veces más rápido que Mercurio alrededor de nuestro Sol

Los objetos del tamaño de Júpiter ocupan una gran variedad de masas, desde planetas solo unas pocas veces más masivos que la Tierra hasta estrellas de baja masa miles de veces la masa de la Tierra. Otras son enanas marrones, que se encuentran a medio camino entre planeta y estrella.

Por lo general, los científicos recurren a las observaciones de la velocidad radial para medir la masa de un objeto, lo que puede indicar su composición y naturaleza. Este método funciona al estudiar cómo un objeto en órbita tira de su estrella y altera el color de su luz.

Pero, en este caso, la enana blanca es tan vieja que su luz se ha vuelto demasiado débil y sin rasgos distintivos para que los científicos detecten cambios notables. Para solventar esta dificultad, el equipo observó el sistema en infrarrojo utilizando Spitzer, solo unos meses antes de que el telescopio fuera desmantelado.

Una enana marrón o una estrella de baja masa emitiría su propio brillo infrarrojo. Esto significa que Spitzer registraría un tránsito más brillante que si el objeto fuera un planeta que bloqueara toda la luz.

Cuando los investigadores compararon los datos de Spitzer con las observaciones de tránsito de luz visible tomadas con el Gran Telescopio Canarias, instalado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma), no vieron diferencias perceptibles.

Eso, combinado con la edad de la estrella y otra información sobre el sistema, los llevó a concluir que WD 1856 b es muy probablemente un planeta con no más de 14 veces la masa de Júpiter. Las investigaciones y observaciones futuras pueden confirmar esta conclusión. 

“Debido a que la enana blanca emite poca luz y el tránsito tiene una duración cercana a los 8 minutos, obtener datos de un tránsito que permitiera medir con gran precisión la profundidad de éste era un desafío para muchos instrumentos actuales. Afortunadamente GTC y su equipo pudieron realizar dicha medida siendo crucial en este descubrimiento”, señala Hannu Parviainen, investigador del IAC y coautor del artículo.

Un instrumento hispano-japonés

Pero no solo se utilizaron grandes telescopios en este trabajo, también el instrumento del proyecto Japonés-Español MuSCAT2 montado en el Telescopio Carlos Sánchez (1.52 m) del Observatorio del Teide, ayudó a establecer límites en la profundidad del tránsito en diferentes longitudes de onda.

Encontrar un mundo posible que orbita cerca de una enana blanca ha llevado a los investigadores a considerar las implicaciones para estudiar las atmósferas de pequeños mundos rocosos en situaciones similares. Esto es porque el minúsculo tamaño de la enana blanca facilita la caracterización de la atmósfera del planeta.

La enana blanca es tan pequeña que la posibilidad de atrapar tránsitos de planetas más lejanos en el sistema es muy baja

Por ejemplo, supongamos que un planeta del tamaño de la Tierra se encuentra en el rango de distancias orbitales alrededor de WD 1856 donde podría existir agua en su superficie. Los astrofísicos calculan que el próximo Telescopio Espacial James Webb de la NASA podría detectar agua y dióxido de carbono en estos hipotéticos mundos observando solo cinco tránsitos. 

Actualmente no hay evidencia que sugiera que hay otros mundos en el sistema, pero es posible que existan planetas adicionales y que aún no se hayan detectado. Pueden tener órbitas que excedan el tiempo que TESS observa un sector o estar inclinadas de tal manera que no se produzcan tránsitos. La enana blanca también es tan pequeña que la posibilidad de atrapar tránsitos de planetas más lejanos en el sistema es muy baja. 

Referencia: 

Andrew Vanderburg, et al. “A giant planet candidate transiting a white dwarf”, Nature, 2020. DOI: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2713-y