Los científicos sospechan que los Júpiter calientes no siempre fueron tan calientes y en realidad se formaron como “Júpiter fríos” en ambientes mucho más fríos y distantes. Pero es una gran incógnita cómo evolucionaron hasta convertirse en los gigantes gaseosos que abrazan estrellas y que los astrónomos observan hoy en día.
Ahora, astrónomos del MIT, la Universidad Penn State y otros lugares han descubierto un “progenitor” caliente de Júpiter, una especie de planeta adolescente en pleno proceso de convertirse en un Júpiter caliente. Y su órbita proporciona algunas respuestas sobre cómo se forman los Júpiter calientes.
El nuevo planeta, que los astrónomos han denominado TIC 241249530 b, orbita alrededor de una estrella a unos 1.100 años luz de la Tierra. El planeta orbita su estrella en una órbita altamente “excéntrica”, lo que significa que se acerca mucho a la estrella antes de alejarse demasiado y luego se dobla en un circuito elíptico cerrado. Si el planeta fuera parte de nuestro sistema solar, se acercaría diez veces más al Sol que Mercurio, antes de salir, pasaría justo por la Tierra y luego regresaría. Según las estimaciones de los científicos, la órbita alargada del planeta es la más excéntrica de todos los planetas encontrados hasta la fecha.
La órbita del nuevo planeta también es única en su orientación “retrógrada”. A diferencia de la Tierra y otros planetas del Sistema Solar, que orbitan en la misma dirección que el Sol, el nuevo planeta viaja en dirección opuesta a la rotación de su estrella.
El equipo realizó simulaciones de la dinámica orbital y descubrió que la órbita altamente excéntrica y retrógrada del planeta es una señal de que probablemente se esté convirtiendo en un Júpiter caliente, a través de una “migración de alta excentricidad”. Interactúa con otra estrella o planeta en una órbita más masiva.
En el caso de TIC 241249530 b, los investigadores determinaron que el planeta orbita una estrella primaria que a su vez orbita una estrella secundaria, como parte de un sistema binario estelar. Las interacciones entre las dos órbitas (de un planeta y su estrella) han ido acercando lentamente el planeta a su estrella con el tiempo.
La órbita del planeta es actualmente elíptica y le toma alrededor de 167 días completar una vuelta alrededor de su estrella. Los investigadores predicen que dentro de mil millones de años, el planeta migrará a una órbita circular mucho más estrecha, ya que orbita su estrella cada pocos días. En ese momento, el planeta se habría transformado por completo en un Júpiter caliente.
“Este nuevo planeta apoya la idea de que la migración de alta excentricidad debería explicar algunos de los Júpiter calientes”, dice Sarah Milholland, profesora asistente de física en el Instituto Kawli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. “Creemos que cuando este planeta se formó, habría sido un mundo frío. Y debido a la dramática dinámica orbital, se convertirá en un Júpiter caliente en aproximadamente mil millones de años, con una temperatura de varios miles de Kelvin. Este es un cambio enorme. desde donde empezó.
Milholland y sus colegas publicarán sus hallazgos en la revista. La naturaleza. Sus coautores son el estudiante universitario del MIT Haedam Im, el autor principal Arvind Gupta de la Universidad Penn State y el NSF NOIRLab, y colegas de varias otras universidades, instituciones y observatorios.
“clima basico”
El nuevo planeta fue detectado por primera vez en datos tomados por el Satélite de estudio de exoplanetas en tránsito (TESS) de la NASA, una misión dirigida por el MIT que monitorea el brillo de las estrellas cercanas en busca de “tránsitos” o luz estelar. Una breve disminución en el I puede indicar la presencia de. un planeta en tránsito. expuesto a la luz de las estrellas y temporalmente restringido.
El 12 de enero de 2020, TESS detectó un posible tránsito de la estrella TIC 241249530. Gupta y sus colegas de Penn State determinaron que este tránsito correspondía al cruce de un planeta del tamaño de Júpiter frente a la estrella. Luego obtuvieron mediciones de otros observatorios de la velocidad radial de la estrella, lo que da una estimación de la oscilación de la estrella, o el grado en que se tambalea hacia adelante y hacia atrás, en respuesta a otros objetos cercanos. Una estrella puede ser arrastrada por la gravedad.
Estas mediciones confirmaron que un planeta del tamaño de Júpiter estaba orbitando la estrella y que su órbita era muy excéntrica, lo que acercaba mucho al planeta a la estrella antes de que lo llevara demasiado lejos.
Antes de este descubrimiento, los astrónomos sólo conocían otro planeta, HD 80606 b, que se pensaba que era uno de los primeros Júpiter calientes. Descubierto en 2001, este planeta tiene el récord de ser el más excéntrico jamás creado.
“Este nuevo planeta experimenta cambios realmente dramáticos en la luz de las estrellas en su órbita”, dice Milholland. “Cada vez que pasa cerca de la estrella, debería haber un clima realmente radical y una atmósfera muy abrasadora”.
“Danza de las órbitas”
¿Cómo pudo un planeta caer en una órbita tan extrema? ¿Y cómo podría evolucionar su excentricidad con el tiempo? Para obtener respuestas, Im y Milholland crearon simulaciones de la dinámica orbital planetaria para modelar cómo un planeta podría evolucionar a lo largo de su historia y durar cientos de millones de años.
El equipo modeló las interacciones gravitacionales entre el planeta, su estrella y otra estrella cercana. Gupta y sus colegas observaron que las dos estrellas orbitan entre sí en un sistema binario, mientras que el planeta orbita simultáneamente a la estrella más cercana. La disposición de las dos órbitas es algo así como un artista de circo balancea un hula-hoop alrededor de su cintura, mientras que el otro hula-hoop se balancea alrededor de su muñeca.
Milholland e IM realizaron varias simulaciones, cada una con un conjunto diferente de condiciones iniciales, para ver qué condiciones, cuando se desarrollan durante varios miles de millones de años, darían forma a las órbitas de los planetas y las estrellas y producen lo que el equipo de Gupta ha visto en el presente. Luego realizaron la mejor comparación hacia el futuro para predecir cómo evolucionaría el sistema durante los próximos miles de millones de años.
Estas simulaciones revelaron que el nuevo planeta probablemente esté en medio de transformarse en un Júpiter caliente: hace varios miles de millones de años, el planeta se formó como un Júpiter frío, lejos de su estrella, en una región que era lo suficientemente fría como para serlo. tomar forma. El planeta recién formado probablemente orbita la estrella en una trayectoria circular. Sin embargo, esta órbita convencional gradualmente se volvió estirada y excéntrica, a medida que experimentaba fuerzas gravitacionales provenientes de la órbita desalineada de la estrella con la otra estrella binaria.
“Es un proceso muy extremo que cambia la órbita del planeta a gran escala”, afirma Milholland. “Es una gran danza de órbitas que ha estado ocurriendo durante miles de millones de años, y el planeta está simplemente listo para el viaje”.
En otros mil millones de años, las simulaciones muestran que la órbita del planeta se estabilizará en una trayectoria circular cercana alrededor de su estrella.
“Entonces el planeta se convertirá en un Júpiter completamente caliente”, afirma Milholland.
Las observaciones del equipo, junto con sus simulaciones de la evolución planetaria, respaldan la teoría de que los Júpiter calientes pueden formarse a través de transiciones de alta excentricidad, un proceso mediante el cual sus órbitas cambian drásticamente con el tiempo y el planeta se mueve lentamente hacia su lugar.
“No sólo de esto, sino también de otros estudios estadísticos se desprende claramente que la migración de alta excentricidad debe explicar algunos de los Júpiter calientes”, señala Milholland. “Este sistema resalta cuán increíblemente diversos pueden ser los exoplanetas. Son otros mundos misteriosos que pueden tener órbitas salvajes que cuentan una historia sobre cómo llegaron allí y hacia dónde se dirigen. Para este planeta, aún no ha completado su viaje.
###
Escrito por Jennifer Chu, Noticias del MIT
