Las misiones de la NASA observan el primer posible planeta orbitando un escoldo estelar.

WD 1856 b, un potencial planeta del tamaño de Júpiter, orbita su tenue estrella enana blanca cada 36 horas. Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA.

Un equipo internacional de astrónomos que utiliza el Satélite de Estudio de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA y el retirado Telescopio Espacial Spitzer ha informado sobre lo que puede ser el primer planeta intacto encontrado orbitando de cerca una enana blanca, el denso sobrante de una estrella similar al Sol, solo un 40% más grande que Tierra.

El objeto del tamaño de Júpiter, llamado WD 1856 b, es aproximadamente siete veces más grande que la enana blanca, llamada WD 1856 + 534. Circula a esta ceniza estelar cada 34 horas, más de 60 veces más rápido de lo que Mercurio orbita nuestro Sol.

¿Cómo pudo un planeta gigante haber sobrevivido al violento proceso que transformó a su estrella anfitriona en una enana blanca? Los astrónomos tienen algunas ideas después de descubrir el objeto del tamaño de Júpiter WD 1856 b. Crédito: NASA / JPL-Caltech / Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA.

“WD 1856 b de alguna manera se acercó mucho a su enana blanca y logró mantenerse en una sola pieza”, dijo Andrew Vanderburg, profesor asistente de astronomía en la Universidad de Wisconsin-Madison. “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 llegó WD 1856 b a su ubicación actual sin encontrarse con uno de esos destinos”.

Un artículo sobre este sistema, dirigido por Vanderburg y que incluye a varios coautores de la NASA, aparece en la edición del 17 de septiembre de Nature y ahora está disponible online.

TESS monitorea grandes franjas del cielo, llamadas sectores, durante casi un mes. Esta mirada larga permite al satélite encontrar exoplanetas, o mundos más allá de nuestro Sistema Solar, al capturar los cambios en el brillo estelar que se producen cuando un planeta cruza frente a su estrella o transita por ella.

El satélite detectó WD 1856 b a unos 80 años luz de distancia en la constelación norteña de Draco. Orbita a una enana blanca fría y tranquila que tiene aproximadamente 18.000 kilómetros de diámetro, puede tener hasta 10 mil millones de años y es un miembro distante de un sistema estelar triple.

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. Finalmente, proyecta sus capas externas de gas, perdiendo hasta el 80% de su masa. El núcleo caliente restante se convierte en una enana blanca. Cualquier objeto cercano suele ser engullido e incinerado durante este proceso, que en este sistema habría incluido WD 1856 b en su órbita actual. Vanderburg y sus colegas estiman que el posible planeta debe haberse originado al menos 50 veces más lejos de su ubicación actual.

“Sabemos desde hace mucho tiempo que después del nacimiento de las enanas blancas, los objetos pequeños distantes como los asteroides y los cometas pueden dispersarse hacia el interior de estas estrellas. Por lo general, la fuerte gravedad de una enana blanca las separa y se convierte en un disco de escombros. “, dijo el coautor Siyi Xu, astrónomo asistente en el Observatorio internacional Gemini en Hilo, Hawaii, que es un programa del NOIRLab de la Fundación Nacional de Ciencias. “Por eso estaba tan emocionado cuando Andrew me habló sobre 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 intacto que hizo todo el viaje”.

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”, dijo la coautora Juliette Becker, becaria 51 Pegasi b en ciencia planetaria en Caltech en Pasadena. “La influencia gravitacional de objetos tan grandes podría permitir fácilmente la inestabilidad que necesitaría para empujar un planeta hacia adentro. Pero en este punto, todavía tenemos más teorías que apuntes de datos”.

Otros posibles escenarios implican 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. El equipo de Vanderburg cree que estas y otras explicaciones son menos probables porque requieren condiciones finamente ajustadas para lograr los mismos efectos que los posibles planetas gigantes compañeros.

Los objetos del tamaño de Júpiter pueden ocupar una gran variedad de masas, desde planetas solo unas pocas veces más masivas que la Tierra hasta estrellas de baja masa miles de veces la masa de la Tierra. Otras son enanas marrones, que se encuentran a horcajadas en la línea entre el planeta y la 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 mediante el estudio de 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.

En cambio, el equipo observó el sistema en infrarrojos utilizando Spitzer, solo unos meses antes de que el telescopio fuera desmantelado. Si WD 1856 b fuera 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 bloquearía en lugar de emitir luz. Cuando los investigadores compararon los datos de Spitzer con las observaciones de tránsito de luz visible tomadas con el Gran Telescopio Canarias en las Islas Canarias de España, 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 de no más de 14 veces el tamaño de Júpiter. Las investigaciones y observaciones futuras pueden confirmar esta conclusión.

Encontrar un mundo posible que orbita de cerca a una enana blanca llevó a la coautora Lisa Kaltenegger, Vanderburg y otros a considerar las implicaciones para estudiar las atmósferas de pequeños mundos rocosos en situaciones similares. 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. Usando observaciones simuladas, los investigadores muestran que el próximo Telescopio Espacial James Webb de la NASA podría detectar agua y dióxido de carbono en el mundo hipotético observando solo cinco tránsitos.

Los resultados de estos cálculos, dirigidos por Kaltenegger y Ryan MacDonald, ambos de la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York, se han publicado en The Astrophysical Journal Letters y están disponibles online.

“Aún más impresionante, Webb podría detectar combinaciones de gases que pudieran indicar actividad biológica en un mundo así en tan solo 25 tránsitos”, dijo Kaltenegger, director del Instituto Carl Sagan de Cornell. “WD 1856 b sugiere que los planetas pueden sobrevivir a las caóticas historias de las enanas blancas. En las condiciones adecuadas, esos mundos podrían mantener condiciones favorables para la vida durante más tiempo que la escala de tiempo predicha para la Tierra. Ahora podemos explorar muchas nuevas e intrigantes posibilidades para los mundos que orbitan estos núcleos estelares muertos”.

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

TESS es una misión del Explorador de Astrofísica de la NASA dirigida y operada por el MIT en Cambridge, Massachusetts, y administrada por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Los socios adicionales incluyen Northrop Grumman, con sede en Falls Church, Virginia, el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley de California, el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica 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 participan en la misión.

El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California dirigió la misión Spitzer para la Dirección de Misiones Científicas de la agencia en Washington. Los datos científicos de Spitzer continúan siendo analizados por la comunidad científica a través del archivo de datos de Spitzer, ubicado en el Infrared Science Archive en el Infrared Processing and Analysis Center (IPAC) en Caltech. Las operaciones científicas se llevaron a cabo en el Centro de Ciencias Spitzer en Caltech. Las operaciones de la nave espacial se basaron en Lockheed Martin Space en Littleton, Colorado. Caltech administra JPL para la NASA.