Se ha encontrado un raro sistema de seis exoplanetas, todos más pequeños que Neptuno pero más grandes que la Tierra, con órbitas que resuenan entre sí. El sistema fue descubierto por astrónomos dirigidos por rafael luque de la Universidad de Chicago, quienes sugieren que los planetas han permanecido intactos en esta configuración desde su formación hace mil millones de años.

El tesoro planetario escondido también ofrece una de las mejores oportunidades para caracterizar los “mini-Neptunos”, que son una clase misteriosa de planetas que están ausentes en el Sistema Solar.

Los planetas orbitan alrededor de una estrella naranja llamada HD 110067, que se encuentra a unos 100 años luz de distancia. Los dos planetas más internos, denominados byc, fueron descubiertos por la NASA Satélite de reconocimiento de exoplanetas en tránsito (TESS) misión. Luque y sus colegas notaron entonces que las órbitas de los planetas b y c estaban en resonancia. Esto se debe a que sus períodos orbitales de 9.114 días y 13.673 días tienen una proporción de 2:3. También había algo más en los datos: tránsitos rebeldes que no podían atribuirse al planeta bo c.

Dadas las órbitas resonantes de b y c, era lógico que si hubiera otros planetas en tránsito en el sistema HD 110067, entonces podrían compartir resonancias orbitales. Utilizar los eventos de tránsito rebeldes como puntos de partida y adivinar que cualquier tercer planeta llamado d también podría tener una relación orbital de 2:3 con el planeta c, permitió al equipo predecir cuándo podría transitar el planeta d a continuación. Siguieron esto con el proyecto de la Agencia Espacial Europea. CHEOPS telescopio y descubrió el planeta como se predijo.

A partir del período orbital del planeta d, que es de 20.519 días, el equipo de Luque pudo predecir un cuarto planeta llamado e, con una órbita de 30.793 días que está en resonancia 2:3 con el planeta d, y que coincidía con uno de los no asignados. Tránsitos vistos por TESS.

Ángulos de Laplace

Todavía había varios tránsitos inexplicables en los datos del TESS. Para descubrir a qué planetas pertenecían estos tránsitos, el equipo de Luque aprovechó las complejas reglas de las órbitas resonantes establecidas por el matemático del siglo XVIII Pierre-Simon Laplace, quien estudió las órbitas resonantes de algunas de las lunas de Júpiter.

Al igual que las lunas de Júpiter, los planetas de HD 110067 "siempre tienen que estar dentro de ciertos ángulos entre sí para que las perturbaciones que ejerzan entre sí no puedan crecer", dice un miembro del equipo. Andrew Collier Cameron de la Universidad de St Andrews, que se centró en medir las masas de los planetas con la técnica de la velocidad radial.

Los ángulos a los que alude Cameron se conocen como ángulos de Laplace y proporcionan configuraciones estables de órbitas. Cualquier desviación de ellos daría como resultado que las perturbaciones gravitacionales aumentaran con el tiempo. El resultado sería que los planetas saldrían de resonancia y muy posiblemente serían enviados a órbitas que se cruzan entre sí, donde podrían colisionar.

Al estimar cuáles deberían ser los ángulos de Laplace, el equipo de Luque pudo predecir que los planetas f y g tendrían períodos orbitales de 41.0575 y 54.7433 días respectivamente. Estos coincidían con los dos tránsitos restantes inexplicables en los datos de Kepler. Los pares de planetas e y f, y f y g, tienen cada uno una resonancia orbital de 3:4.

Existe la posibilidad de que haya incluso más planetas orbitando HD 110067 en órbitas más amplias dentro de la zona habitable de la estrella. Sin embargo, si hay más planetas, ni TESS ni CHEOPS han registrado un tránsito. Esto significa que intentar encontrar un séptimo u octavo planeta sería una “búsqueda a ciegas”, afirma Luque. "Pero si tuviéramos suerte y encontráramos un planeta adicional, entonces ciertamente sería muy interesante debido a sus perspectivas potenciales de habitabilidad".

Sin embargo, no hay perspectivas de buscar más planetas en el corto plazo. Si hubiera un planeta en una órbita de 75 días, por ejemplo, CHEOPS tendría que observar HD 110067 durante al menos ese tiempo para observar un tránsito. Sin embargo, el tiempo de observación es muy valioso, como explica Luque; “Preferimos invertir recursos de observación en refinar los parámetros de los planetas conocidos del sistema”.

Caracterizando los planetas

En cambio, seguir trabajando en el sistema implicará perfeccionar los parámetros de los planetas conocidos, lo que depende de la medición de sus masas. El radio de cada planeta se determina a partir de la cantidad de luz estelar que bloquean cuando transitan frente a la estrella; su tamaño varía entre 1.9 y 2.85 radios terrestres. Las masas se determinan mediante mediciones de velocidad radial, que analizan cómo los planetas hacen que la estrella se tambalee. Una vez que se conocen tanto su radio como su masa, se pueden calcular las densidades de los planetas. El telescopio espacial James Webb podría determinar si los planetas tienen atmósferas espesas.

Hasta el momento, sólo se han obtenido masas de tres de los planetas, concretamente los planetas b (5.69 masas terrestres), d (8.52 masas terrestres) y f (5.04 masas terrestres). Esto se hizo usando el HARPS-Norte instrumento en el Telescopio Nacional Galileo en Canarias y espectrógrafo CARMENES en el de 3.5 metros Observatorio de Calar Alto en España.

"Los tres planetas restantes todavía vuelan ligeramente por debajo de nuestras capacidades de detección", dice Cameron. En particular, la actividad estelar puede enmascarar las señales de velocidad radial de los planetas. "Así que lo siguiente que debemos hacer es profundizar más con las velocidades radiales para que podamos determinar las masas de los planetas".

Las mediciones del tiempo de tránsito proporcionan otra forma de medir las masas planetarias. A medida que los planetas orbitan alrededor de su estrella, su gravedad puede atraerse entre sí o acelerarse, lo que genera ligeras discrepancias en el momento en que se ve el tránsito de los planetas. El tamaño de la discrepancia está determinado por la atracción gravitacional y, por tanto, por su masa.

Independientemente de cómo sean estos planetas, sólo su existencia en órbitas resonantes es notable. La teoría sugiere que los planetas se formaron en estas resonancias. Normalmente, estas resonancias son destruidas por perturbaciones gravitacionales de estrellas que pasan o planetas gigantes merodeadores, pero alrededor de HD 110067 esto no parece haber sucedido.

"Dado un entorno dinámicamente estable, este tipo idealista de sistema planetario podría formarse y, lo que es aún más sorprendente, puede sobrevivir durante mucho tiempo", dice Cameron.

Como tal, HD 110067 puede proporcionar una ventana en el tiempo, conservando la configuración que tenían los planetas inmediatamente después de su formación.

Los hallazgos se describen en Naturaleza.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/six-planet-system-is-perfectly-tuned/