Representación artística de cómo sería un sistema planetario similar a TOI-2337b, TOI-4329b y TOI-2669b, donde un exoplaneta caliente similar a Júpiter orbita alrededor de una estrella moribunda evolucionada. Crédito: Universidad de Hawái/Instituto de Astronomía/Karen Teramura

Los astrónomos han espiado tres exoplanetas más. Pero el descubrimiento podría no durar mucho. Cada planeta está en un sistema solar separado, y cada uno orbita peligrosamente cerca de su estrella. Peor aún, todas las estrellas se están muriendo.

¿Los resultados?

Tres planetas condenados.

tess (Transiting Exoplanet Survey Satellite) y otros esfuerzos de búsqueda de planetas han encontrado miles de exoplanetas en los últimos años y décadas. Los exoplanetas varían ampliamente, desde planetas similares a la Tierra en las tranquilas zonas habitables de sus estrellas hasta planetas tan calientes que el hierro vaporizado cae en forma de lluvia.

Pero estos tres exoplanetas tienen algo en común. Tienen órbitas de período muy corto, algunas de las más cortas jamás encontradas, alrededor de estrellas subgigantes o gigantes. Para planetas como estos, la escritura está en la pared: girarán en espiral hacia sus estrellas, que eventualmente los engullirán.

Un equipo de investigadores presenta estos sombríos hallazgos en un nuevo artículo titulado «TESS Giants Transiting Giants II: The hottest Jupiters orbiting evolution stars». The Astronomical Journal aceptó el artículo y está publicado en el sitio de preimpresión arxiv.org. Samuel Grunblatt es el autor principal. Es becario postdoctoral en el Museo Americano de Historia Natural y el Instituto Flatiron.

El descubrimiento puede sonar macabro: tres planetas condenados que girarán en espiral hacia su final, con estrellas que también avanzan poco a poco hacia la muerte cuando abandonan la secuencia principal. Pero eso sería tergiversar el descubrimiento. En cambio, piense en ello como arqueología planetaria.

“Estos descubrimientos son cruciales para comprender una nueva frontera en exoplaneta estudios: cómo evolucionan los sistemas planetarios con el tiempo”, dijo Grunblatt en un comunicado de prensa. «Estas observaciones ofrecen nuevas ventanas a los planetas que se acercan al final de sus vidas antes de que sus estrellas anfitrionas se los traguen».

Los tres planetas son TOI-2337b, TOI-4329b y TOI-2669b. TOI significa Tess Object of Interest, y el número es la estrella. La «b» denota el planeta más cercano a la estrella en cada sistema.

Esta figura muestra el aspecto que pueden tener los datos de TESS después de que se procesan. Cada panel se procesó de manera diferente, pero cada uno muestra el mismo resultado general. En este estudio, una estrella cercana contaminó los datos de flujo estelar de TOI-4329, por lo que los investigadores utilizaron datos procesados ​​de tres formas diferentes para fortalecer sus resultados. TESS reunió los datos durante 2,9 días de observaciones. Crédito: Grunblatt et al 2022.

Todos los planetas son gigantes gaseosos, similares a Júpiter en nuestro Sistema Solar. Los astrónomos los encontraron durante una encuesta en busca de nuevos planetas que orbitan estrellas anfitrionas evolucionadas. Los mundos varían de 0,4 a 1,8 masas de Júpiter y de 0,8 a 1,8 radios de Júpiter. Las estrellas tienen entre 1,2 y 1,5 masas solares y entre 2,3 y 4,1 radios solares.

Los planetas tienen una amplia gama de densidades, lo que indica que cada uno de los sistemas solares pasó por un período caótico de interacciones de planeta a planeta. Los astrónomos creen que la historia de esas interacciones contribuyó a las variaciones de densidad a través de tasas de calentamiento y escalas de tiempo impredecibles.

El Telescopio espacial James Webb puede ser capaz de desentrañar algunos de los detalles en al menos uno de estos sistemas. Cuando examina el sistema TOI-4329, la presencia o falta de vapor de agua y CO2 en la atmósfera del planeta podría restringir el lugar donde se formó el planeta. También podría proporcionar información sobre los tipos de interacciones planetarias que colocan al planeta en su órbita actual.

La espectroscopia es una herramienta que utilizan los astrónomos para comprender mejor la física de los objetos en el espacio. Los espectrógrafos a bordo del Telescopio Espacial James Webb (Webb) brindan a los científicos los datos necesarios para analizar los materiales que componen las estrellas, las nebulosas, las galaxias y las atmósferas de los planetas. Crédito: ESA

En configuraciones planeta-estrella como estas, los astrónomos esperan que los planetas se inflen a medida que se acercan a las estrellas y se expanden. Las estrellas eventualmente engullirán a los planetas a medida que sus órbitas giren hacia adentro. Hasta ahora, TESS no ha detectado ninguna evidencia de una órbita en descomposición. Pero TESS encontró estos planetas durante su Misión Principal. Recopilará más datos durante sus Misiones Extendidas, y esos datos formarán una base de referencia más larga de observaciones. Esa línea de base más extendida puede indicar que los planetas ya están en sus espirales de muerte.

La inflación planetaria se está convirtiendo en una métrica importante para comprender los exoplanetas. ¿Por qué algunos planetas tan masivos como Júpiter tienen radios mucho mayores? Los gigantes gaseosos experimentan un enfriamiento radiativo desde sus profundidades internas, lo que inhibe la inflación durante largos períodos de tiempo, comenzando poco después de la formación. La proximidad a una estrella podría retrasar ese enfriamiento y promover la inflación.

Pero también hay una creciente evidencia de que la proximidad a una estrella puede causar inflación a través del flujo estelar. en un papel anterior por el autor principal Greenblatt en 2017, los autores escribieron: «El flujo estelar que fluye hacia los interiores convectivos profundos de los planetas podría, por lo tanto, explicar su tamaño actual, una indicación de que la ‘inflación’ del planeta está directamente relacionada con la irradiación estelar en lugar del enfriamiento atmosférico retrasado después de que los planetas ‘formación.’

Los científicos creen que los gigantes gaseosos como Júpiter tienen una zona radiativa profunda que transfiere calor a una zona convectiva. Con el tiempo, la liberación de calor evita que el planeta se infle. Pero a medida que un gigante gaseoso se acerca a su estrella, el flujo estelar puede agregar calor al planeta, causando inflación. Crédito: NASA/JPL-Caltech/SwRI

Pero la inflación planetaria es un tema complicado. En el mismo artículo de 2017, los autores escriben que «los planetas pueden inflarse mediante métodos que dependen más de otros factores, como la metalicidad atmosférica, que del flujo incidente».

Aunque todavía no hay indicios de descomposición orbital en los planetas, hay evidencia de inflación en al menos un planeta. TOI-2337b tiene el período orbital más corto de cualquier mundo jamás encontrado alrededor de una estrella gigante roja, pero no muestra signos de inflación. El sistema TOI-2669b es el sistema más evolucionado de los tres, pero el planeta tampoco muestra signos de inflación. TOI-4329b, sin embargo, muestra signos de inflación.

TOI-2669b es un objetivo más brillante que los otros dos en este estudio. Eso lo convierte en un buen objetivo para la espectroscopia con el telescopio James Webb. Esos datos, junto con restricciones más estrictas sobre la excentricidad del planeta, «… podrían imponer nuevas restricciones sobre los mecanismos y escalas de tiempo de inflación y migración del planeta».

Los tres planetas en este estudio son solo el comienzo. TESS debería encontrar muchos más de ellos. «Esperamos encontrar decenas a cientos de estos sistemas de planetas en tránsito evolutivos con TESS, proporcionando nuevos detalles sobre cómo los planetas interactúan entre sí, se inflan y migran alrededor de las estrellas, incluidas aquellas como nuestro Sol», dijo Nick Saunders, estudiante graduado en UH IfA y coautor del estudio.

TESS tuvo algo de ayuda en este trabajo. Si bien encontró los planetas con el método de tránsito, esos hallazgos solo revelan exoplanetas candidatos. La confirmación como exoplanetas requiere observaciones de seguimiento en tierra. El Observatorio Keck los proporcionó a través de su instrumento espectrómetro Echelle de alta resolución (HIRES). Los datos de HIRES desarrollaron los descubrimientos.

El sol se pone en Mauna Kea mientras los gemelos Kecks se preparan para observar. Crédito: Laurie Hatch/ Observatorio WM Keck

«Las observaciones de Keck de estos sistemas planetarios son fundamentales para comprender sus orígenes, ayudando a revelar el destino de los sistemas solares como el nuestro», dijo el astrónomo de UH IfA Daniel Huber, coautor del estudio. Estudios como este también podrían ser pequeños pasos hacia la respuesta a la pregunta más importante de la humanidad: ¿Estamos solos?

Todo esto puede sonar académico para un lector casual. Pero nuestro propio Sol algún día dejará la secuencia principal y comenzará a expandirse en una subgigante roja y probablemente engullirá a la Tierra. Es dudoso que la humanidad sobreviva hasta entonces, ya que no sucederá hasta dentro de miles de millones de años. Las extinciones son la norma aquí en la Tierra, pero tal vez la humanidad de alguna manera supere las probabilidades cósmicas.

Mientras tanto, al menos estamos aprendiendo más sobre la naturaleza y el Universo del que formamos parte.

Publicado originalmente el Universo hoy.

Para obtener más información sobre este tema, lea Peligro cercano: los planetas recién descubiertos serán «tragados» por sus estrellas.

Referencia: «TESS Giants Transiting Giants II: The hottest Jupiters orbiting evolution stars» por Samuel K. Grunblatt, Nicholas Saunders, Meng Sun, Ashley Chontos, Melinda Soares-Furtado, Nora Eisner, Filipe Pereira, Thaddeus Komacek, Daniel Huber, Karen Collins , Gavin Wang, Chris Stockdale, Samuel N. Quinn, Rene Tronsgaard, George Zhou, Grzegorz Nowak, Hans J. Deeg, David R. Ciardi, Andrew Boyle, Malena Rice, Fei Dai, Sarah Blunt, Judah Van Zandt, Corey Beard, Joseph M. Akana Murphy, Paul A. Dalba, Jack Lubin, Alex Polanski, Casey Lynn Brinkman, Andrew W. Howard, Lars A. Buchhave, Ruth Angus, George R. Ricker, Jon M. Jenkins, Bill Wohler, Robert F. Goeke, Alan M. Levine, Knicole D. Colon, Chelsea X. Huang, Michelle Kunimoto, Avi Shporer, David W. Latham, Sara Seager, Roland K. Vanderspek y Joshua N. Winn, Aceptado, Diario astronómico.
arXiv: 2201.04140