Un remoto exoplaneta caliente de Júpiter ha renunciado a la típica vida solitaria que normalmente llevan los mundos de este tipo, a favor de la compañía con otro planeta, y ahora los astrónomos creen saber por qué.
Los Júpiter calientes son gigantes gaseosos que orbitan muy cerca de su estrella. Sin embargo, no se forman tan juntos, sino que se ensamblan mucho más lejos antes de migrar hacia adentro. Cuando hacen ese viaje, normalmente expulsan a cualquier otro planeta que se encuentre en su camino, pero el caliente Júpiter TOI-1130c parece haberse aferrado a un planeta más pequeño como compañero de viaje. Los dos parecen haber migrado juntos hacia su estrella.
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“Este era un sistema único en su tipo”, dijo Huang en un comunicado. “Los Júpiter calientes son ‘solitarios’, lo que significa que no tienen planetas compañeros dentro de sus órbitas. Son tan masivos y su gravedad tan fuerte, que todo lo que hay dentro de su órbita simplemente se dispersa. Pero de alguna manera, con este Júpiter caliente, un compañero interno ha sobrevivido, y eso plantea preguntas sobre cómo podría formarse tal sistema”.
Ahora, un equipo internacional de astrónomos liderado por Saugata Barat del MIT e incluido Huang cree haber encontrado la respuesta al acercar el Telescopio Espacial James Webb (JWST) al compañero caliente de Júpiter, que es un mundo tipo mini-Neptuno de tres veces y media el diámetro de la Tierra y catalogado como TOI-1130b. Al observar el sistema cuando el mini-Neptuno transitaba por su estrella, pudieron buscar dónde la atmósfera del planeta estaba absorbiendo la luz de la estrella. Las longitudes de onda de la luz absorbida les dijeron que el planeta tiene una atmósfera “pesada” llena de vapor de agua, dióxido de carbono, dióxido de azufre y signos de metano. En este contexto, “pesado” significa más pesado que el hidrógeno y el helio, elementos que se esperaría que dominaran la atmósfera si el mini-Neptuno se hubiera formado cerca de su estrella.
En cambio, el mini-Neptuno y el caliente Júpiter deben haberse formado más allá de la línea de nieve, a veces llamada “línea de escarcha”, que es la distancia en el disco protoplanetario que legó a los planetas donde las temperaturas eran lo suficientemente frías como para que el agua fuera hielo en lugar de líquido o vapor.
“Esta es la primera vez que observamos la atmósfera de un planeta que se encuentra dentro de la órbita de un Júpiter caliente”, dijo Barat. “Esta medición nos dice que este mini-Neptuno se formó más allá de la ‘línea de escarcha'”.
El mini-Neptuno sobrevivió en lugar de ser apartado del camino por el merodeador Júpiter caliente porque los dos metafóricamente se tomaron de la mano mientras migraban juntos, antes de finalmente establecerse en sus órbitas actuales, donde están anclados por una resonancia gravitacional entre ellos.
En sus órbitas actuales, TOI-1130b orbita su estrella cada cuatro días a una distancia de 4,2 millones de millas (6,8 millones de kilómetros o 0,0453 unidades astronómicas, AU) y con una temperatura de 1.025 grados Fahrenheit (550 grados Celsius). Mientras tanto, TOI-1130c orbita cada ocho días a una distancia de 6,8 millones de millas (10,9 millones de kilómetros o 0,0731 AU), lo suficientemente cerca como para alcanzar una temperatura de 930 grados F (500 grados C). En otras palabras, los planetas están en una resonancia 2:1 en la que el mini-Neptuno orbita dos veces por cada órbita del caliente Júpiter.
Sin embargo, los vínculos gravitacionales entre los dos planetas también plantearon un desafío para el equipo de Barat a la hora de observarlos con el JWST.
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Debido a que los dos mundos se tiran gravitacionalmente entre sí, arrastrándose o reteniéndose en diferentes puntos de sus órbitas, se producen variaciones en el tiempo de tránsito, o TTV, discrepancias en el momento en que se espera que transiten por su estrella. Dado que el tiempo en el JWST era muy buscado, el equipo de Barat solo tendría una oportunidad de observar los planetas y, si calculaban mal y observaban en el momento equivocado, los perderían.
“Era una predicción desafiante y teníamos que acertar”, dijo Barat.
Para lograrlo, Judith Korth, de la Universidad de Lund en Suecia, desarrolló un modelo basado en observaciones pasadas del sistema con el que predecir cuándo estaría en tránsito cada planeta. El modelo funcionó de maravilla, ya que las observaciones de JWST no solo explican el sistema TOI-1130, sino posiblemente todos los mini-Neptunos que se encuentran cerca de su estrella.
“Este sistema representa una de las arquitecturas más raras que los astrónomos hayan encontrado jamás”, resumió Barat. “Las observaciones de TOI-1130b proporcionan el primer indicio de que estos mini-Neptunos que se forman más allá de las líneas agua/hielo están realmente presentes en la naturaleza”.
Los hallazgos fueron publicados el 5 de mayo en The Astrophysical Journal Letters.