El Hubble fija un extraño exoplaneta con una órbita lejana.

Un planeta en una órbita poco probable alrededor de una estrella doble a 336 años luz de distancia puede ofrecer una pista de un misterio mucho más cercano a casa: un cuerpo distante e hipotético en nuestro sistema solar denominado “Planeta Nueve”.

Esta imagen del telescopio espacial Hubble muestra una posible órbita (elipse punteada) del exoplaneta HD 106906 b de 11 masas de Júpiter. Este mundo remoto está muy separado de sus estrellas anfitrionas, cuya brillante luz se enmascara aquí para permitir que se vea el planeta. El planeta reside fuera del disco de escombros circunestelar de su sistema, que es similar a nuestro propio Cinturón de Kuiper de cuerpos pequeños y helados más allá de Neptuno. El disco en sí es asimétrico y distorsionado, quizás debido al tirón gravitacional del planeta descarriado. Otros puntos de luz en la imagen son estrellas de fondo.
Créditos: NASA, ESA, M. Nguyen (Universidad de California, Berkeley), R. De Rosa (Observatorio Europeo Austral) y P. Kalas (Universidad de California, Berkeley e Instituto SETI).

Esta es la primera vez que los astrónomos han podido medir el movimiento de un planeta masivo similar a Júpiter que está orbitando muy lejos de sus estrellas anfitrionas y del disco de escombros visible. Este disco es similar a nuestro Cinturón de Kuiper de cuerpos pequeños y helados más allá de Neptuno. En nuestro propio sistema solar, el supuesto Planeta Nueve también estaría muy lejos del Cinturón de Kuiper en una órbita igualmente extraña. Aunque la búsqueda de un Planeta Nueve continúa, este descubrimiento de exoplanetas es evidencia de que esas órbitas extrañas son posibles.

“Este sistema hace una comparación potencialmente única con nuestro sistema solar”, explicó el autor principal del artículo, Meiji Nguyen de la Universidad de California en Berkeley. “Está muy separado de sus estrellas anfitrionas en una órbita excéntrica y muy desalineada, al igual que la predicción para el Planeta Nueve. Esto plantea la pregunta de cómo se formaron y evolucionaron estos planetas para terminar en su configuración actual”.

El sistema donde reside este gigante gaseoso tiene solo 15 millones de años. Esto sugiere que nuestro Planeta Nueve, si es que existe, podría haberse formado muy temprano en la evolución de nuestro sistema solar de 4.600 millones de años.

Una órbita extrema

El exoplaneta de 11 masas de Júpiter llamado HD 106906 b fue descubierto en 2013 con los Telescopios de Magallanes en el Observatorio Las Campanas en el Desierto de Atacama de Chile. Sin embargo, los astrónomos no sabían nada sobre la órbita del planeta. Esto requería algo que solo el telescopio espacial Hubble podía hacer: recolectar mediciones muy precisas del movimiento del vagabundo durante 14 años con extraordinaria precisión. El equipo utilizó datos del archivo de Hubble que proporcionaron evidencia de este movimiento.

El exoplaneta reside extremadamente lejos de su par de estrellas jóvenes y brillantes, más de 730 veces la distancia de la Tierra al Sol. Esta amplia separación hizo que fuera enormemente difícil determinar la órbita de 15.000 años de duración en un lapso de tiempo relativamente corto de observaciones del Hubble. El planeta avanza muy lentamente a lo largo de su órbita, dada la débil atracción gravitacional de sus estrellas anfitrionas que se encuentran muy distantes.

El equipo del Hubble se sorprendió al descubrir que el mundo remoto tiene una órbita extrema que está muy desalineada, alargada y externa al disco de escombros que rodea a las estrellas gemelas del exoplaneta. El disco de escombros en sí tiene un aspecto muy inusual, quizás debido al tirón gravitacional del planeta rebelde.

El exoplaneta de 11 masas de Júpiter llamado HD 106906 b, que se muestra en la ilustración artística, ocupa una órbita poco probable alrededor de una estrella doble a 336 años luz de distancia. Puede estar ofreciendo pistas sobre algo que podría estar mucho más cerca de casa: un miembro distante hipotético de nuestro sistema solar llamado “Planeta Nueve”. Esta es la primera vez que los astrónomos han podido medir el movimiento de un planeta masivo similar a Júpiter que está orbitando muy lejos de sus estrellas anfitrionas y del disco de escombros visible.
Créditos: NASA, ESA y M. Kornmesser (ESA / Hubble).
¿Cómo llegó allí?

Entonces, ¿cómo llegó el exoplaneta a una órbita tan distante y extrañamente inclinada? La teoría predominante es que se formó mucho más cerca de sus estrellas, aproximadamente tres veces la distancia que la Tierra está del Sol. Pero el arrastre dentro del disco de gas del sistema hizo que la órbita del planeta decayera, lo que obligó a migrar hacia adentro, hacia su par estelar. Los efectos gravitacionales de las estrellas gemelas giratorias lo llevarían a una órbita excéntrica que casi lo arrojó fuera del sistema y al vacío del espacio interestelar. Luego, una estrella que pasara desde fuera del sistema estabilizaría la órbita del exoplaneta e impidiría que abandonara su sistema de origen.

Utilizando mediciones precisas de distancia y movimiento del satélite de estudio Gaia de la Agencia Espacial Europea, los miembros del equipo Robert De Rosa, del Observatorio Europeo Austral en Santiago, Chile, y Paul Kalas, de la Universidad de California, identificaron estrellas pasajeras candidatas en 2019.

Un disco desordenado

En un estudio publicado en 2015, Kalas dirigió un equipo que encontró evidencia circunstancial del comportamiento del planeta fuera de control: el disco de escombros del sistema es fuertemente asimétrico, en lugar de ser una distribución circular de material en forma de “masa de pizza”. Un lado del disco está truncado con respecto al lado opuesto, y también está perturbado verticalmente en lugar de restringirse a un plano estrecho como se ve en el lado opuesto de las estrellas.

“La idea es que cada vez que el planeta se acerca a la estrella binaria más cercana, agita el material en el disco”, explica De Rosa. “Entonces, cada vez que el planeta pasa, trunca el disco y lo empuja hacia arriba por un lado. Este escenario ha sido probado con simulaciones de este sistema con el planeta en una órbita similar; esto fue antes de que supiéramos cuál era la órbita del planeta”.

“Es como llegar a la escena de un accidente automovilístico y estás tratando de reconstruir lo que sucedió”, explicó Kalas. “¿Son las estrellas pasajeras las que perturbaron el planeta, luego el planeta perturbó el disco? ¿Es el binario en el medio lo que primero perturbó al planeta y luego perturbó el disco? ¿O las estrellas pasajeras perturbaron tanto el planeta como el disco al mismo tiempo? Este es un trabajo de detective de astronomía, reuniendo la evidencia que necesitamos para llegar a algunas historias plausibles sobre lo que sucedió aquí “.

¿Un Planeta Nueve?

Este escenario para la extraña órbita de HD 106906 b es similar en algunos aspectos a lo que pudo haber causado que el hipotético Planeta Nueve terminara en los confines de nuestro propio sistema solar, mucho más allá de la órbita de los otros planetas y más allá del Cinturón de Kuiper. El Planeta Nueve podría haberse formado en el sistema solar interior y haber sido expulsado por interacciones con Júpiter. Sin embargo, Júpiter, probablemente habría arrojado al Planeta Nueve más allá de Plutón. Las estrellas que pasaron podrían haber estabilizado la órbita del planeta expulsado al alejar la trayectoria de la órbita de Júpiter y los otros planetas del sistema solar interior.

“Es como si tuviéramos una máquina del tiempo para nuestro propio sistema planetario que se remonta a 4.600 millones de años para ver lo que pudo haber sucedido cuando nuestro joven sistema solar estaba dinámicamente activo y todo estaba siendo empujado y reorganizado”, dijo Kalas.

Hasta la fecha, los astrónomos solo tienen evidencia circunstancial del Planeta Nueve. Han encontrado un grupo de pequeños cuerpos celestes más allá de Neptuno que se mueven en órbitas inusuales en comparación con el resto del sistema solar. Esta configuración, dicen algunos astrónomos, sugiere que estos objetos fueron guiados juntos por la atracción gravitacional de un planeta enorme e invisible. Una teoría alternativa es que no hay un planeta perturbador gigante, sino que el desequilibrio se debe a la influencia gravitacional combinada de múltiples objetos mucho más pequeños. Otra teoría es que el Planeta Nueve no existe en absoluto y que la agrupación de cuerpos más pequeños puede ser solo una anomalía estadística.

Un objetivo para el telescopio Webb

Los científicos que utilizan el próximo telescopio espacial James Webb de la NASA planean obtener datos en HD de 106906 b para comprender el planeta en detalle. “Una pregunta que podría hacerse es: ¿El planeta tiene su propio sistema de escombros a su alrededor? ¿Captura material cada vez que se acerca a las estrellas anfitrionas? Y podría medir eso con los datos infrarrojos térmicos de Webb, “dijo De Rosa. “Además, en términos de ayudar a comprender la órbita, creo que Webb sería útil para ayudar a confirmar nuestro resultado”.

Debido a que Webb es sensible a planetas más pequeños con masa de Saturno, es posible que pueda detectar otros exoplanetas que hayan sido expulsados ​​de este y otros sistemas planetarios internos. “Con Webb, podemos empezar a buscar planetas que sean un poco más antiguos y un poco más débiles”, explicó Nguyen. La sensibilidad única y las capacidades de imágenes de Webb abrirán nuevas posibilidades para detectar y estudiar estos planetas y sistemas no convencionales.

Los hallazgos del equipo aparecen en la edición del 10 de diciembre de 2020 de The Astronomical Journal.

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo las operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, en Washington, D.C.