La misión TESS de la NASA descubre nuevos mundos en un río de estrellas jóvenes

Usando observaciones del Satélite de Estudio de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA, un equipo internacional de astrónomos ha descubierto un trío de mundos calientes más grandes que la Tierra orbitando una versión mucho más joven de nuestro Sol llamada TOI 451. El sistema reside en la corriente, recientemente descubierta, Piscis-Eridanus, una colección de estrellas con menos del 3% de la edad de nuestro sistema solar, que se extiende por un tercio del firmamento.

Esta ilustración esboza las características principales de TOI 451, un sistema de tres planetas ubicado a 400 años luz de distancia, en la constelación de Eridanus.
Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA.

Los planetas fueron descubiertos en imágenes de TESS tomadas entre octubre y diciembre de 2018. Los estudios de seguimiento de TOI 451 y sus planetas incluyeron observaciones realizadas en 2019 y 2020 utilizando el ya retirado Telescopio Espacial Spitzer de la NASA. Los datos infrarrojos de archivo del satélite NEOWISE (Near-Earth Object Wide-Field Infrared Survey Explorer) de la NASA, recopilados entre 2009 y 2011 bajo su nombre anterior, WISE, sugieren que el sistema retiene un disco frío de polvo y escombros rocosos. Otras observaciones muestran que TOI 451 probablemente tiene dos compañeros estelares, orbitándose a mucha distancia de los planetas.

“Este sistema marca muchas casillas para los astrónomos”, dijo Elisabeth Newton, profesora asistente de física y astronomía en el Dartmouth College en Hanover, New Hampshire, quien dirigió la investigación. “Tiene solo 120 millones de años y está a solo 400 años luz de distancia, lo que permite observaciones detalladas de este joven sistema planetario. Y debido a que hay tres planetas entre dos y cuatro veces el tamaño de la Tierra, son objetivos especialmente prometedores para probar teorías sobre cómo evolucionan las atmósferas planetarias “.

El artículo que informa sobre los hallazgos se publicó el 14 de enero en The Astronomical Journal y está disponible en línea.

Las corrientes estelares se forman cuando la gravedad de nuestra galaxia, la Vía Láctea, desgarra cúmulos de estrellas o galaxias enanas. Las estrellas individuales se mueven a lo largo de la órbita original del cúmulo, formando un grupo alargado que se dispersa gradualmente.

En 2019, un equipo dirigido por Stefan Meingast en la Universidad de Viena utilizó datos de la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea para descubrir la corriente Piscis-Eridanus, llamada así por las constelaciones que contienen las mayores concentraciones de estrellas. Extendiéndose a lo largo de 14 constelaciones, la corriente tiene aproximadamente 1.300 años luz de longitud. Sin embargo, la edad de la corriente que se determinó inicialmente era mucho más antigua de lo que pensamos ahora.

Más tarde en 2019, los investigadores dirigidos por Jason Curtis en la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York analizaron los datos de TESS de docenas de miembros de la corriente. Las estrellas jóvenes giran más rápido que las más antiguas, y también tienden a tener manchas estelares prominentes: regiones más oscuras y frías como las manchas solares. A medida que estos puntos giran dentro y fuera de nuestra vista, pueden producir ligeras variaciones en el brillo que TESS puede medir.

Las mediciones de TESS revelaron evidencia abrumadora de manchas estelares y una rápida rotación entre las estrellas de la corriente. Con base en este resultado, Curtis y sus colegas encontraron que la corriente tenía solo 120 millones de años, similar al famoso cúmulo de las Pléyades y ocho veces más joven que las estimaciones anteriores. La masa, la juventud y la proximidad de la corriente Piscis-Eridanus lo convierten en un laboratorio fundamental emocionante para estudiar la formación y evolución de estrellas y planetas.

“Gracias a la cobertura casi total del cielo de TESS, las mediciones que podrían respaldar la búsqueda de planetas que orbitan miembros de esta corriente ya estaban disponibles para nosotros cuando se identificó la corriente”, dijo Jessie Christiansen, coautora del artículo y científica adjunta jefa en el Archivo de Exoplanetas de la NASA, una instalación para investigar mundos más allá de nuestro sistema solar administrada por Caltech en Pasadena, California. “Los datos de TESS continuarán permitiéndonos superar los límites de lo que sabemos sobre exoplanetas y sus sistemas en los próximos años”.

La joven estrella TOI 451, más conocida por los astrónomos como CD-38 1467, se encuentra a unos 400 años luz de distancia en la constelación de Eridanus. Tiene el 95% de la masa de nuestro Sol, pero es un 12% más pequeña, un poco más fría y emite un 35% menos de energía. TOI 451 gira cada 5,1 días, que es más de cinco veces más rápido que el Sol.

TESS detecta nuevos mundos al buscar tránsitos: atenuaciones leves y regulares que ocurren cuando un planeta pasa frente a su estrella desde nuestra perspectiva. Los tránsitos de los tres planetas son evidentes en los datos de TESS. El equipo de Newton obtuvo medidas de Spitzer que respaldaron los hallazgos de TESS y ayudaron a descartar posibles explicaciones alternativas. Las observaciones de seguimiento adicionales provinieron del Observatorio Las Cumbres, una red de telescopios global con sede en Goleta, California, y el Telescopio de inspección de exoplanetas de Perth en Australia.

Incluso el planeta más distante de TOI 451 orbita 3 veces más cerca que Mercurio al Sol, por lo que todos estos mundos son bastante calientes e inhóspitos para la vida tal como la conocemos. Las estimaciones de temperatura oscilan entre aproximadamente 1.200 grados Celsius para el planeta más interno y 450 C para el más externo.

TOI 451b orbita cada 1,9 días, es aproximadamente 1,9 veces el tamaño de la Tierra y su masa estimada varía de dos a 12 veces la de la Tierra. El siguiente planeta en distacia a su estrella, TOI 451 c, completa una órbita cada 9,2 días, es aproximadamente tres veces más grande que la Tierra y tiene entre 3 y 16 veces la masa de la Tierra. El mundo más grande y lejano, TOI 451 d, orbita a la estrella cada 16 días, tiene 4 veces el tamaño de nuestro planeta y pesa entre 4 y 19 masas terrestres.

Los astrónomos esperan que planetas tan grandes como estos retengan gran parte de sus atmósferas a pesar del intenso calor que reciben de su estrella. Las diferentes teorías sobre cómo evolucionan las atmósferas cuando un sistema planetario alcanza la edad de TOI 451, predicen una amplia gama de propiedades. Observar la luz de las estrellas que atraviesa las atmósferas de estos planetas, brinda la oportunidad de estudiar esta fase de desarrollo y podría ayudar a restringir los modelos actuales.

La corriente Piscis-Eridanus se extiende por 1300 años luz, abarcando14 constelaciones y un tercio del cielo. Los puntos amarillos muestran las ubicaciones de miembros conocidos o sospechosos, TOI 451 es el que se muestra en un círculo. Las observaciones de TESS apuntan a que la corriente tiene unos 120 millones de años, comparable al famoso cúmulo de las Pléyades en Tauro (arriba a la izquierda).
Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA.

“Al medir la luz de las estrellas que penetra en la atmósfera de un planeta en diferentes longitudes de onda, podemos deducir su composición química y la presencia de nubes o neblinas a gran altitud”, dijo Elisa Quintana, astrofísica del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Los planetas de TOI 451 ofrecen excelentes objetivos para tales estudios con Hubble y el próximo telescopio espacial James Webb”.

Las observaciones de WISE muestran que el sistema es inusualmente brillante en luz infrarroja, que es invisible para los ojos humanos, en longitudes de onda de 12 y 24 micrómetros. Esto sugiere la presencia de un disco de escombros, donde cuerpos rocosos parecidos a asteroides chocan y se reducen a polvo. Aunque Newton y su equipo no pueden determinar la extensión del disco, lo visualizan como un anillo difuso de roca y polvo centrado tan lejos de la estrella como Júpiter de nuestro Sol.

Los científicos también investigaron una estrella vecina tenue que aparece a unos dos píxeles de distancia de TOI 451 en las imágenes de TESS. Basándose en los datos de Gaia, el equipo de Newton determinó que esta estrella era una compañera ligada gravitacionalmente, ubicada tan lejos de TOI 451 que su luz tarda 27 días en llegar allí. De hecho, los científicos creen que la compañera es probablemente un sistema binario de dos estrellas enanas de tipo M, cada una con aproximadamente el 45% de la masa del Sol y emitiendo solo el 2% de su energía.

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. 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 de Astrofísica | Harvard & Smithsonian 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 administra NEOWISE para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. Ball Aerospace & Technologies Corp. de Boulder, Colorado, construyó la nave espacial. El procesamiento de datos científicos se lleva a cabo en IPAC en Caltech en Pasadena. Caltech administra JPL para la NASA.