Los astrónomos sospechan desde hace tiempo que existe una relación entre la masa de un planeta y su velocidad de rotación. En nuestro propio sistema solar, Júpiter y Saturno son ejemplos interesantes. A pesar de su enorme tamaño, ambos completan una rotación completa en aproximadamente 10 horas y representan una gran fracción de la energía rotacional total del Sistema Solar.
Para probar si esta relación se extiende más allá de nuestra vecindad cósmica, los investigadores utilizaron el Observatorio WM Keck en Maunacare, Hawaii, para estudiar una gran muestra de mundos gigantes distantes. Su estudio incluyó 32 compañeros gigantes gaseosos y enanas marrones en otros sistemas estelares, incluidos 6 planetas más grandes que Júpiter y 25 compañeros enanas marrones.
Las observaciones revelaron una tendencia interesante. Cuando se tienen en cuenta factores como la masa, el tamaño y la edad, los planetas gigantes gaseosos giran más rápido que las enanas marrones más masivas. Para fortalecer su análisis, los investigadores también incluyeron mediciones de giro anteriores de otros estudios, creando un conjunto de datos cuidadosamente seleccionado que incluía 54 enanas marrones y cuerpos planetarios que flotan libremente junto con 43 compañeros estelares/subestelares y planetas gigantes.
El equipo internacional estuvo dirigido por científicos del Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA) de la Universidad Northwestern. Los colaboradores incluyen el Centro de Astrofísica y Ciencias Espaciales (CASS) de UC San Diego, Ciencias Geológicas y Planetarias (GPS) de Caltech, el Observatorio WM Keck, el Observatorio Steward, James C. Se incluyeron investigadores de la Facultad de Ciencias Ópticas Wyant, el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y otras instituciones. Sus hallazgos fueron publicados La revista astronómica.
Medir la rotación de mundos distantes
Muchos planetas orbitan sus estrellas a distancias que van desde decenas hasta cientos de unidades astronómicas (UA), la distancia entre la Tierra y el Sol. Los científicos todavía están tratando de descubrir cómo se formó este mundo distante. Algunos pueden emerger lentamente dentro de discos de gas y polvo que rodean estrellas jóvenes, mientras que otros pueden formarse mediante un proceso similar al colapso autogenerado.
Para investigar, los investigadores utilizaron el Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC), un instrumento especial capaz de aislar la luz proveniente directamente de este mundo distante. A medida que un planeta gira, las propiedades de su atmósfera provocan una sutil ampliación de su espectro. Al medir estos cambios, los astrónomos pueden determinar qué tan rápido gira el objeto.
El autor principal, Dino Chih-Chun Hu, investigador de CIRA, explicó la importancia de la medición en un comunicado de prensa del Observatorio WM Keck:
“El giro es un registro fósil de cómo se formó un planeta. Al medir qué tan rápido giran estos mundos, podemos comenzar a reconstruir los procesos físicos que les dieron forma hace decenas o millones de años. Con KPIC, podemos detectar estas pequeñas señales que revelan la rotación de un planeta alrededor de otras estrellas cercanas. Nuestros resultados sugieren que tanto el planeta como su masa son la masa del planeta. La rotación nos ayuda a delimitar cómo se forman estos sistemas”.
Un planeta gigante supera a un vecino mucho más grande
Uno de los ejemplos más claros proviene del sistema HR 8799. Allí, un gigante gaseoso de aproximadamente 7 veces la masa de Júpiter gira seis veces más rápido que una compañera enana marrón que tiene aproximadamente 24 veces la masa de Júpiter.
Los investigadores creen que la diferencia podría estar relacionada con interacciones magnéticas en las primeras etapas de la historia del objeto. Un campo magnético más fuerte puede interactuar más fuertemente con el disco circunplanetario circundante, ralentizando la rotación con el tiempo. En este caso, la enana marrón más masiva probablemente pierda el giro de su núcleo debido a su fuerte campo magnético.
Los hallazgos están ayudando a los científicos a comprender mejor no sólo los sistemas planetarios distantes sino también los orígenes de nuestro propio sistema solar. Quien dijo:
“La forma en que se distribuye el momento angular entre los planetas afecta la arquitectura general de un sistema planetario. Incluso la rotación de la Tierra y el campo magnético son, en última instancia, cómo se compartió ese presupuesto de giro cuando se formó el Sistema Solar. KPIC es el primer instrumento de su tipo, abriendo formas completamente nuevas de diagnosticar exoplanetas que nos permiten detectar precursores”.
Estudios futuros sobre atmósferas de planetas rebeldes y exoplanetas
El equipo planea ampliar este trabajo estudiando las rotaciones de los planetas que flotan libremente (FFP), a menudo llamados “planetas rebeldes”. Los investigadores también esperan investigar la composición química de la atmósfera de este mundo.
Las observaciones futuras se beneficiarán de las nuevas tecnologías, incluido el próximo HISPEC (espectrógrafo infrarrojo de alta resolución para la caracterización de exoplanetas) del Observatorio Keck, que comenzará a funcionar en 2027. Según Hsu, el nuevo instrumento permitirá estudiar mundos más pequeños y distantes que nunca.
Jason Wang, profesor asistente de la Universidad Northwestern y coautor del estudio, dijo:
“Hemos tomado las lecciones aprendidas de KPIC y las hemos puesto en HISPEC, que tendrá mejor sensibilidad, mayor resolución espectral y mayor cobertura de longitud de onda. Con HISPEC podremos aumentar en gran medida el número de planetas de los que podemos medir el giro y, en particular, podemos estudiar planetas cercanos a nuestro propio Júpiter en la naturaleza”.
Los investigadores creen que apenas están comenzando a descubrir lo que puede revelar la rotación planetaria.
“Apenas estamos comenzando a explorar lo que la rotación planetaria puede decirnos”, dice Hu. “Con futuros instrumentos y telescopios más grandes, podremos medir el giro de aún más mundos y conectar la rotación, la química y la historia de la formación en todo el sistema planetario”.
