Durante meses, el sol no sale sobre la Estación Concordia. Ése es precisamente el punto. Encaramado en la meseta antártica, a más de 3.000 metros de altura y más frío que casi cualquier lugar donde los humanos quieran vivir, un modesto telescopio de 40 centímetros llamado ASTEP pasa la larga noche polar contemplando un solo trozo de cielo. No hay amanecer que lo interrumpa, ni nubes de las que hablar, sólo oscuridad y el tenue y fiel resplandor de las estrellas distantes. Y en algunas de esas noches, el telescopio captó algo que caía sobre la cara de una estrella a 1.110 años luz de distancia: una sombra que tardó más de 11 horas en pasar.
Resulta que esa sombra pertenecía a uno de los planetas más extraños que hemos encontrado. Dos de ellos, de hecho, orbitan alrededor de una estrella llamada TOI-791 en la constelación austral de Volans. Ambos son aproximadamente del tamaño de Júpiter. Ninguno pesa mucho de nada. TOI-791 b tiene una densidad de 0,038 gramos por centímetro cúbico; su hermano, TOI-791 c, tiene un valor de 0,047. Para poner esto en perspectiva, el algodón de azúcar tiene un valor de alrededor de 0,05. Júpiter, por su parte, es entre 28 y 35 veces más denso. Estos son planetas en los que no podrías estar de pie, apenas podrías pesar y que, por derecho, difícilmente deberían mantenerse unidos.
Los astrónomos los llaman “súper bocanadas” y son animales raros. Sólo se conocen unos pocos en cualquier lugar, y encontrar dos agrupados en el mismo sistema planetario es aún más raro. “Sólo se conocen un puñado de estos planetas súper hinchados, y es aún más raro encontrar dos en el mismo sistema”, dice el Dr. George Dransfield de la Universidad de Oxford, quien dirigió el trabajo, publicado hoy en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. “Sus densidades extremadamente bajas los convierten en objetivos fascinantes para comprender cómo se forman y evolucionan los sistemas planetarios”.
Un vals gravitacional, ocho años de observación
Lo que hace que TOI-791 byc sea más que una curiosidad es la forma en que se mueven. Los dos planetas están encerrados en lo que los astrónomos llaman una resonancia de movimiento medio de 5:3: por cada cinco vueltas que completa el planeta interior, el exterior da casi exactamente tres. Son hermanos en el sentido más auténtico, nacidos del mismo disco de gas y polvo que una vez envolvió a su joven estrella, y ahora atrapados en un lento vals gravitacional que los hace tirarse uno del otro, vuelta tras vuelta, empujándose ligeramente fuera de lo previsto.
Esos empujones son todo el truco. Un planeta que pasa frente a su estrella atenúa la luz en una fracción mensurable, y la profundidad de esa caída indica el tamaño del planeta. Pero aquí el tiempo de cada tránsito oscila, llegando hasta 50 minutos antes o después, dependiendo de cómo los dos mundos se atraen entre sí. Lea atentamente esas oscilaciones y podrá pesar los planetas sin siquiera medir su gravedad directamente. Así es como el equipo llegó a masas tan bajas que, al principio, parecían casi demasiado buenas para ser verdad.
No fue rápido. El descubrimiento se basó en ocho años de observaciones realizadas desde telescopios repartidos por Chile, Australia, Sudáfrica y la Antártida, además del telescopio espacial TESS de la NASA. Los dos planetas fueron descubiertos por primera vez, como era de esperar, por voluntarios. Los miembros del público que examinaron los datos de TESS como parte del proyecto de ciencia ciudadana Planet Hunters señalaron el mundo interior en 2019 y el exterior en 2023, mucho antes de que alguien supiera lo que estaba mirando.
Y luego estaba la Antártida. Debido a que estos planetas orbitan lejos de su estrella, sus tránsitos son largos y poco frecuentes, el tipo de evento que pasa desapercibido para la mayoría de los observatorios terrestres, que pierden su objetivo cada vez que sale el sol. No es así en Concordia en pleno invierno. Los meses de oscuridad ininterrumpida permitieron a ASTEP observar tránsitos completos de 11 horas de principio a fin en una sola sesión, los tránsitos planetarios continuos más largos jamás registrados en su totalidad desde la Tierra. Once horas es mucho tiempo para que algo se quede quieto.
Hecho de casi nada, pero ¿cómo?
Entonces, ¿de qué están hechas realmente estas cosas? Nadie está del todo seguro y esa es la parte interesante. La idea principal es que las superbombas transportan atmósferas enormes e hinchadas de hidrógeno y helio, envolturas de gas tan vastas que representan una porción considerable de la masa total del planeta. Estas envolturas podrían haberse acumulado si los planetas se formaran en las zonas frías del disco protoplanetario, donde el gas se enfría y se acumula fácilmente alrededor de un núcleo sólido. También hay una explicación opuesta, más descarada: que las súper bocanadas son en realidad planetas ordinarios que llevan anillos anchos y ópticamente gruesos orientados hacia nosotros, engañando a nuestros telescopios para que los lean como más esponjosos de lo que son. El problema con los anillos es que necesitarías que ambos planetas los usaran, lo que empieza a parecer exagerado.
Desenredar todo esto requerirá más vigilancia y ojos más poderosos. Las masas en sí no se pueden precisar más mediante el método habitual de medir la oscilación de la estrella, porque TOI-791 gira demasiado rápido y arde demasiado para que esa técnica funcione. Entonces el equipo está mirando hacia el cielo. “Este sistema ofrece un laboratorio único para comprender cómo se forman y evolucionan los planetas súper soplos”, dice el profesor Amaury Triaud de la Universidad de Birmingham, coautor y líder del ASTEP en el Reino Unido. “Proponemos llevar a cabo observaciones espaciales utilizando el telescopio espacial James Webb para evaluar si la atmósfera hinchada contiene especies que contienen carbono, nitrógeno y oxígeno, revelando nuevos conocimientos sobre cómo se formaron estos planetas inusuales”.
TOI-791 es sólo el noveno sistema que se sabe que alberga más de un planeta gigante en tránsito, lo que lo convierte en una especie de experimento natural que no se puede ordenar a pedido. Dos mundos, la misma estrella, el mismo nacimiento, densidades tremendamente bajas, intercambiando lentamente empujones gravitacionales durante décadas. El ritmo completo de su interacción se desarrolla a lo largo de más de 88 años, mucho más de lo que nadie ha observado hasta ahora, por lo que la imagen que tenemos ahora es una instantánea de algo mucho más grande y más lento. “Estos sistemas multiplanetarios son complejos, con interacciones gravitacionales entre los planetas que evolucionan durante períodos muy largos, decenas de años o más”, dice el profesor Tristan Guillot de la Universidad Costa Azul, que dirige el proyecto ASTEP. “Reunir observaciones de la Antártida, telescopios espaciales y observatorios de varios continentes fue esencial para revelar la verdadera naturaleza de estos extraordinarios planetas”. Por ahora, dos mundos improbables siguen dando vueltas, más livianos que el azúcar hilado en una feria, esperando que descubramos cómo llegaron a ese punto.
DOI / Fuente: https://doi.org/10.1093/mnras/stag864
Preguntas frecuentes
¿Cómo puede un planeta ser más liviano que un algodón de azúcar y aun así permanecer de una sola pieza?
Gravedad, principalmente. Un planeta del tamaño de Júpiter tiene masa suficiente para mantenerse unido incluso cuando esa masa se extiende sobre un enorme volumen de gas hinchado. La explicación principal es que las superexplosiones como TOI-791 b y c están envueltas en vastas atmósferas de hidrógeno y helio que constituyen una gran parte de su masa total, lo que deja la densidad promedio absurdamente baja. Si esa es toda la historia es exactamente lo que los astrónomos están tratando de resolver ahora.
¿Por qué los astrónomos viajaron hasta la Antártida para estudiar estos planetas?
Debido a que los planetas orbitan lejos de su estrella, cada tránsito dura más de 11 horas y la mayoría de los telescopios terrestres pierden de vista su objetivo en el momento en que sale el sol. Durante el invierno antártico, el sol no sale durante meses, por lo que el telescopio ASTEP de la Estación Concordia podría observar un tránsito completo sin interrupciones. Estos son los tránsitos planetarios continuos más largos jamás observados en su totalidad desde la Tierra.
¿Cómo se pesa un planeta sin medir directamente su gravedad?
Ves cómo se desliza el reloj. Los dos planetas en TOI-791 se tiran entre sí mientras orbitan, lo que hace que cada tránsito llegue ligeramente temprano o tarde, hasta unos 50 minutos. El tamaño de esos cambios de tiempo depende de las masas de los planetas, por lo que leer cuidadosamente las oscilaciones permite a los astrónomos calcular qué tan pesado es cada mundo. Para este sistema, ese método de sincronización era la única opción, ya que la estrella anfitriona gira demasiado rápido para que funcione la técnica habitual.
¿Podrían estos planetas ser simplemente mundos ordinarios con anillos que engañan a nuestros telescopios?
Es una posibilidad y una de las preguntas abiertas. Un planeta rodeado por anillos anchos y ópticamente gruesos colocados de frente podría parecer mucho más hinchado de lo que realmente es. El problema es que ambos planetas necesitarían tales anillos para explicar sus bajas densidades coincidentes, lo que muchos astrónomos consideran exagerado. Las observaciones futuras, incluso con el telescopio espacial James Webb, deberían ayudar a distinguir una verdadera súper bocanada de un impostor anillado.