La órbita de un exoplaneta se precipita hacia su vieja estrella

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Crédito: Gabriel Pérez Díaz/Instituto de Astrofísica de Canarias

Por primera vez, los astrónomos han descubierto un exoplaneta cuya órbita está decayendo alrededor de una estrella anfitriona evolucionada o más antigua. El mundo afectado parece destinado a girar en espiral cada vez más cerca de su estrella madura hasta la colisión y la destrucción final.

El descubrimiento ofrece nuevos conocimientos sobre el largo proceso de desintegración orbital planetaria al proporcionar la primera mirada a un sistema en esta última etapa de la evolución. La muerte por estrella es un destino que se cree que espera a muchos mundos y podría ser el último adiós de la Tierra dentro de miles de millones de años a medida que nuestro Sol envejece.

«Anteriormente hemos detectado evidencia de exoplanetas inspirando hacia sus estrellas, pero nunca antes habíamos visto un planeta así alrededor de una estrella evolucionada», dice Shreyas Vissapragada, becario 51 Pegasi b en el Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian y autor principal de un nuevo estudio que describe los resultados. «La teoría predice que las estrellas evolucionadas son muy efectivas para extraer energía de las órbitas de sus planetas, y ahora podemos probar esas teorías con observaciones».

Los hallazgos fueron publicados en The Astrophysical Journal Letters.

El desafortunado exoplaneta se designa Kepler-1658b. Como su nombre lo indica, los astrónomos descubrieron el exoplaneta con el telescopio espacial Kepler, una misión pionera de caza de planetas que se lanzó en 2009. Curiosamente, el mundo fue el primer nuevo candidato a exoplaneta que Kepler observó. Sin embargo, tomó casi una década confirmar la existencia del planeta, momento en el cual el objeto entró oficialmente en el catálogo de Kepler como la entrada número 1658.

Kepler-1658b es un llamado Júpiter caliente, el apodo dado a los exoplanetas a la par con la masa y el tamaño de Júpiter, pero en órbitas ultra cercanas sobre sus estrellas anfitrionas. Para Kepler-1658b, esa distancia es simplemente una octava parte del espacio entre nuestro Sol y su planeta en órbita más estrecha, Mercurio. Para los Júpiter calientes y otros planetas como Kepler-1658b que ya están muy cerca de sus estrellas, la desintegración orbital parece segura que culminará en la destrucción.

La medición de la desintegración orbital de los exoplanetas ha desafiado a los investigadores porque el proceso es muy lento y gradual. En el caso de Kepler-1658b, según el nuevo estudio, su período orbital está disminuyendo a un ritmo minúsculo de aproximadamente 131 milisegundos (milésimas de segundo) por año, con una órbita más corta que indica que el planeta se ha acercado a su estrella.

La detección de esta disminución requirió varios años de observación cuidadosa. El reloj comenzó con Kepler y luego fue recogido por el Telescopio Hale del Observatorio Palomar en el sur de California y finalmente por el Telescopio de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito, o TESS, que se lanzó en 2018. Los tres instrumentos capturaron tránsitos, el término para cuando un exoplaneta cruza la cara de su estrella y causa un ligero oscurecimiento del brillo de la estrella. En los últimos 13 años, el intervalo entre los tránsitos de Kepler-1658b ha disminuido ligera pero constantemente.

La causa raíz de la desintegración orbital experimentada por Kepler-1658b son las mareas, el mismo fenómeno responsable del aumento y la caída diaria en los océanos de la Tierra. Las mareas son generadas por interacciones gravitacionales entre dos cuerpos en órbita, como entre nuestro mundo y la Luna o Kepler-1658b y su estrella. Las gravedades de los cuerpos distorsionan las formas de los demás, y a medida que los cuerpos responden a estos cambios, se libera energía. Dependiendo de las distancias entre, los tamaños y las tasas de rotación de los cuerpos involucrados, estas interacciones de marea pueden hacer que los cuerpos se empujen entre sí, como el caso de la Tierra y la Luna que gira lentamente hacia afuera, o hacia adentro, como con Kepler-1658b hacia su estrella.

Todavía hay mucho que los investigadores no entienden sobre estas dinámicas, particularmente en escenarios estrella-planeta. En consecuencia, un estudio adicional del sistema Kepler-1658 debería resultar instructivo.

La estrella ha evolucionado hasta el punto en su ciclo de vida estelar en el que ha comenzado a expandirse, tal como se espera que lo haga nuestro Sol, y ha entrado en lo que los astrónomos llaman una fase subgigante. La estructura interna de las estrellas evolucionadas debería conducir más fácilmente a la disipación de la energía de marea tomada de las órbitas de los planetas alojados en comparación con las estrellas no evolucionadas como nuestro Sol. Esto acelera el proceso de desintegración orbital, lo que facilita el estudio en escalas de tiempo humanas.

Los resultados ayudan aún más a explicar una rareza intrínseca sobre Kepler-1658b, que parece más brillante y caliente de lo esperado. Las interacciones de marea que reducen la órbita del planeta también pueden estar produciendo energía extra dentro del propio planeta, dice el equipo.

Vissapragada apunta a una situación similar con la luna Io de Júpiter, el cuerpo más volcánico del Sistema Solar. El tira y afloja gravitacional de Júpiter en Io derrite las entrañas del planeta. Esta roca fundida luego estalla en la famosa superficie infernal de la luna, similar a una pizza, de depósitos sulfurosos amarillos y lava roja fresca.

Apilar observaciones adicionales de Kepler-1658b debería arrojar más luz sobre las interacciones del cuerpo celeste. Y, con TESS programado para seguir escudriñando miles de estrellas cercanas, Vissapragada y sus colegas esperan que el telescopio descubra muchos otros casos de exoplanetas que circulan por los desagües de sus estrellas anfitrionas.

«Ahora que tenemos evidencia de inspiración de un planeta alrededor de una estrella evolucionada, realmente podemos comenzar a refinar nuestros modelos de física de mareas», dice Vissapragada. «El sistema Kepler-1658 puede servir como un laboratorio celestial de esta manera en los próximos años, y con un poco de suerte, pronto habrá muchos más de estos laboratorios».

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