La danza de seis nuevos exoplanetas afina las teorías de formación planetaria

Desde que en 1995 se descubriera el primer planeta extrasolar, se han catalogado más de 4,000. Los hay extremadamente calientes, más y menos densos o parecidos en tamaño y forma a la Tierra. Ahora, un equipo internacional de astrónomos ha descubierto un sistema de seis con un peculiar ritmo de movimientos.

Cinco "bailan a un extraño compás" alrededor de su estrella central, la TOI-178, a unos 200 años luz de distancia en la constelación de Sculptor. Los responsables del trabajo creen que este sistema podría proporcionar nuevas y mejores pistas sobre cómo los planetas, incluidos los de nuestro sistema solar, se forman y evolucionan.

Su descripción se publica en la revista Astronomy & Astrophysics, en un artículo que lideran investigadores de las universidades de Ginebra y Berna (Suiza), y firman más de un centenar de autores.

La primera vez que el equipo observó TOI-178 en 2018 en los datos de la misión TESS pensó que el sistema contenía solo tres planetas con dos de ellos en la misma órbita. Sin embargo, al echar un vistazo más de cerca con nuevos datos, vio algo completamente diferente, detalla un comunicado del Observatorio Europeo Austral (ESO), que califica el sistema de "desconcertante".

Cuenta con seis exoplanetas y todos, menos el más cercano a la estrella -se desconoce por qué-, "son prisioneros de una rítmica danza mientras se mueven en sus órbitas". Es decir, están en resonancia, lo que significa que hay patrones que se repiten a medida que se mueven alrededor de su estrella, haciendo que algunos se alineen cada pocas órbitas.

Esta dinámica no es exclusiva de este sistema, dice a Efe Ignasi Ribas, investigador en el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña y del CSIC en el Instituto de Ciencias del Espacio, quien apunta que se ha observado al menos en otros cinco conjuntos de exoplanetas, entre ellos los que orbitan alrededor de Trappist-1.

Pero no solo. Ribas, también autor del estudio, detalla que una resonancia similar se observa en nuestro sistema solar, en las órbitas de tres lunas de Júpiter: Ío, Europa y Ganímedes. En este baile, Ío, el cuerpo más cercano de los tres a Júpiter, completa cuatro órbitas alrededor del planeta por cada órbita de Ganímedes, la más lenta, y dos órbitas completas por cada órbita de Europa.

En el caso de TOI-178, los cinco exoplanetas exteriores siguen una cadena de resonancia mucho más compleja, una de las más largas descubiertas hasta ahora: mientras que las tres lunas de Júpiter están en una resonancia de 4:2:1 órbitas, los cinco exoplanetas siguen una cadena de 18:9:6:4:3.

Es decir, mientras el primer planeta en esta cadena de resonancia completa 18 órbitas, el segundo completa 9, y así sucesivamente.

Más que una curiosidad orbital, esta danza de planetas resonantes proporciona pistas sobre el pasado del sistema.

"Sus órbitas están muy bien ordenadas, lo que nos dice que este sistema ha evolucionado de una forma suave desde su nacimiento", subraya Yann Alibert, de la Universidad de Berna; si hubiera sufrido perturbaciones importantes en el inicio de su formación, como un gran impacto, esta frágil configuración de órbitas no habría sobrevivido.

Esto nos dice, señala por su parte Ribas, que estos sistemas, en su formación, tienen tendencia a encajar sus planetas en este tipo de resonancias estables. En este caso ha ocurrido con cinco de ellos; el más cercano a la estrella no ha entrado en esta danza.

"No es fácil saber por qué. Este planeta, por el motivo que sea, ha hallado su estabilidad en una configuración distinta", indica.

Aunque la disposición de las órbitas sea clara y bien ordenada, las densidades de los planetas "son mucho más desordenadas", relata Nathan Hara, de la Universidad de Ginebra: parece que hay un planeta tan denso como la Tierra justo al lado de uno muy esponjoso, con la mitad de densidad de Neptuno, seguido de un planeta con la densidad de Neptuno. "No es a lo que estamos acostumbrados".

En el Sistema Solar, por ejemplo, los planetas están perfectamente dispuestos, con los rocosos y más densos más cerca de la estrella central y los gaseosos más alejados.

"En TOI-178 encontramos una mezcla de propiedades a distintas distancias de la estrella; eso indica una historia de formación y evolución bastante compleja en la que tendremos que indagar aún más", indica a Efe Jorge Lillo-Box, del Centro de Astrobiología de Madrid.

Según Adrien Leleu, coordinador de la investigación, "este contraste entre la armonía rítmica del movimiento orbital y las densidades desordenadas desafía sin duda nuestra comprensión de la formación y evolución de los sistemas planetarios".

Para Ribas, no se trata tanto de un desafío como de un gran aprendizaje: este descubrimiento mejorará las teorías sobre formación planetaria.

El equipo, que cuenta también con el Instituto de Astrofísica de Canarias, utilizó observaciones del satélite CHEOPS, de la Agencia Espacial Europea, junto con el instrumento ESPRESSO, instalado en el telescopio VLT de ESO, y los telescopios NGTS y SPECULOOS, ambos en Paranal, Chile.

Los exoplanetas son difíciles de detectar y medir con precisión, por eso se usan diversas técnicas. Las principales son: tránsitos por imágenes -se observa la luz de la estrella que se atenúa cuando un exoplaneta pasa por delante- y velocidades radiales -observación del espectro de luz de la estrella en busca de pequeños signos de bamboleos que ocurren a medida que los exoplanetas se mueven-.

Los seis planetas tienen tamaños que van desde aproximadamente uno hasta aproximadamente tres veces el tamaño de la Tierra; algunos son rocosos, pero más grandes que la Tierra (se conocen como supertierras) y otros gaseosos.

Aunque ninguno se encuentra en la zona habitable de la estrella (zona en la que si existiera un planeta similar a la Tierra podría albergar agua líquida), los investigadores sugieren que podrían encontrar más en esa zona o muy cerca.