Científicos de la UGR participan en el descubrimiento de tres nuevos planetas

El nuevo cazador de planetas de la NASA, el Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), ha descubierto tres nuevos planetas desconocidos hasta la fecha, uno un poco más grande que la Tierra y dos aproximadamente la mitad del tamaño de Neptuno, orbitando una estrella cercana.

Los resultados de esta investigación, en la que participan científicos de la Universidad de Granada (UGR), se publican hoy en la revista Nature Astronomy.

La estrella anfitriona del sistema es TOI-270, una enana tipo M (poco brillante y fría) que es aproximadamente un 40% más pequeña que el Sol tanto en tamaño como en masa, y tiene su superficie un tercio más fría. El sistema planetario se encuentra a unos 73 años luz de distancia, en la constelación sureña de Pictor. Los tres nuevos mundos descubiertos han sido bautizados como TOI-270b, c y d.

"Este sistema es exactamente para lo que fue diseñado TESS: planetas pequeños y templados que pasan o transitan frente a una estrella anfitriona inactiva, que carece de actividad estelar excesiva, como las llamaradas", comenta el investigador principal Maximilian Günther, del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge.

"Esta estrella es silenciosa y muy cercana a nosotros, y por lo tanto mucho más brillante que las estrellas anfitrionas de sistemas comparables. Con extensas observaciones de seguimiento, pronto podremos determinar la composición de estos mundos, establecer si las atmósferas están presentes y qué gases contienen", apunta.

Un mundo rocoso

El planeta más interior, denominado TOI 270 b, es probablemente un mundo rocoso un 25% más grande que la Tierra. Orbita la estrella cada 3.4 días a una distancia aproximadamente 14 veces más cercana que Mercurio orbita el Sol. Basándose en estudios estadísticos de exoplanetas conocidos de tamaño similar, el equipo científico estima que el TOI 270 b tiene una masa alrededor de 1,9 veces mayor que la de la Tierra.

Debido a su proximidad a la estrella, el planeta b es un mundo caliente como un horno. Su temperatura de equilibrio -es decir, la temperatura basada únicamente en la energía que recibe de la estrella, que ignora los efectos adicionales de calentamiento de una posible atmósfera- es de alrededor de 490 grados Fahrenheit (255 grados Celsius).

Los otros dos planetas, TOI 270 c y d, son, respectivamente, 2,4 y 2,1 veces más grandes que la Tierra y orbitan la estrella cada 5,7 y 11,4 días. Ambos pueden ser similares a Neptuno en nuestro sistema solar, con composiciones dominadas por gases en lugar de rocas, y probablemente pesan alrededor de 7 y 5 veces la masa de la Tierra, respectivamente.

"Un aspecto interesante de este sistema es que sus planetas se extienden a ambos lados de una brecha bien establecida en tamaños planetarios conocidos", comenta Francisco Pozuelos, investigador postdoctoral de la Universidad de Lieja en Bélgica e investigador colaborador de la Universidad de Granada.

Un excelente laboratorio

"Es poco común que los planetas tengan tamaños entre 1,5 y dos veces superiores a los de la Tierra, por razones probablemente relacionadas con la forma en que se forman los planetas, pero este es un tema muy controvertido. El TOI 270 es un excelente laboratorio para estudiar los márgenes de esta brecha, y nos ayudará a comprender mejor cómo se forman y evolucionan los sistemas planetarios", señala Pozuelos.

Los planetas c y d podrían describirse mejor como un ‘mini-Neptuno’, un tipo de planeta que no se ve en nuestro propio sistema solar. Los investigadores esperan que una mayor exploración del TOI 270 pueda ayudar a explicar cómo se formaron dos de estos mini-Neptunos junto a un mundo casi del tamaño de la Tierra.

Los planetas b y c orbitan en una resonancia cercana a 5:3, lo que significa que el planeta interior rodea la estrella cinco veces por cada tres órbitas del más lejano. Los planetas c y d tienen una relación similar, con d tomando casi el doble de tiempo para orbitar la estrella que c. Estos arreglos permitirán a los astrónomos buscar ligeras variaciones en el tiempo de sus tránsitos, lo que podría proporcionar más información sobre las masas de los planetas y la dinámica general del sistema.

El equipo de Günther está particularmente interesado en el planeta más exterior, TOI 270 d. El equipo estima que la temperatura de equilibrio del planeta es de unos 150 grados Fahrenheit (66 grados C). Esto lo convierte en el mundo más templado del sistema y, como tal, en una rareza entre los planetas en tránsito conocidos.

"El TOI 270 está perfectamente situado en el cielo para estudiar las atmósferas de sus planetas exteriores con el futuro James WebbSpaceTelescope de la NASA", dijo la coautora Adina Feinstein, estudiante de doctorado de la Universidad de Chicago. "Será observado por Webb durante más de medio año, lo que podría permitir estudios de comparación realmente interesantes entre las atmósferas de TOI 270 c y d."

¿Presencia de agua líquida?

El equipo espera que la investigación adicional pueda revelar planetas adicionales más allá de los tres ahora conocidos. Si el planeta d tiene un núcleo rocoso cubierto por una atmósfera espesa, su superficie sería demasiado caliente para la presencia de agua líquida, considerada un requisito clave para un mundo potencialmente habitable.

Pero los estudios de seguimiento pueden descubrir planetas rocosos adicionales a distancias ligeramente mayores de la estrella, donde temperaturas más frías podrían permitir que el agua líquida se acumule en sus superficies. “Debido a la cercanía y a la configuración de estos planetas, el sistema es perfecto para nuestros análisis de dinámica, que ayudarán a descubrir si, efectivamente, hay planetas adicionales en el sistema”, comenta el investigador de la Universidad de Granada Juan Carlos Suárez.

“Además, se espera que los tres planetas ahora encontrados hasta ahora estén sincronizados con la estrella, lo que significa que sólo giran una vez en cada órbita y mantienen un lado de cara a la estrella, tal como lo hace la Luna en su órbita alrededor de la Tierra”, comentan Pozuelos y Suárez.

TESS es una misión de exploración astrofísica de la NASA dirigida y operada por el MIT en Cambridge, Massachusetts, y administrada por el Goddard Space Flight Center de la NASA. Otros socios son Northrop Grumman, con sede en Falls Church, Virginia; el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California; el Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian en Cambridge, Massachusetts; el Laboratorio Lincoln del MIT; y el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore. Más de una docena de universidades, institutos de investigación y observatorios de todo el mundo, entre ellos la Universidad de Granada, participan en la misión.

Imágenes adjuntas:

Esta infografía ilustra las características clave del sistema TOI 270, ubicado a unos 73 años luz de distancia en el Pictor de la constelación del sur. Los tres planetas conocidos fueron descubiertos por el Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA a través de inmersiones periódicas en la luz de las estrellas causada por cada mundo en órbita. Insets muestra información sobre los planetas, incluyendo sus tamaños relativos correctos, y cómo se comparan con la Tierra. Las temperaturas dadas para los planetas TOI 270 son temperaturas de equilibrio, calculadas sin los efectos de calentamiento de cualquier atmósfera posible. Crédito: Goddard Space Flight Center/Scott Wiessinger de la NASA.

Esta ilustración compare y contrasta mundos en el sistema TOI 270. Las temperaturas dadas para los planetas TOI 270 son temperaturas de equilibrio, calculadas sin los efectos de calentamiento de cualquier atmósfera posible. Crédito: Goddard Space Flight Center de la NASA

El sistema TOI 270 es tan compacto que las órbitas de Júpiter y sus lunas en nuestro propio sistema solar ofrecen la comparación razonable más cercana, como se ilustra aquí. Crédito: Goddard Space Flight Center/Scott Wiessinger de la NASA.

Juan Carlos Suárez (izquierda) y Francisco J. Pozuelos (derecha) en la puerta de la Universidad de Harvard (Boston), durante el “I TESS Science Conference” que se celebra en el Massachusetts Institute of Technology (MIT), donde participan en la presentación del descubrimiento del sistema planetario TOI-270