Un sistema estelar «esponjoso» revela un nuevo planeta

A unos 2,600 años luz de nuestro Sistema Solar, existe uno de los sistemas planetarios más peculiares de toda la galaxia: Kepler-51. Esta estrella enana amarilla, similar a nuestro Sol, fue descubierta en 2012 con tres exoplanetas en su órbita. Lo sorprendente es que cada uno de estos planetas tiene una densidad menor que la del algodón de azúcar, lo que los incluye en la categoría, cariñosamente nombrada, de mundos «súper-esponjosos». Recientemente, los astrónomos han descubierto un cuarto planeta en este sistema, lo que ha generado gran entusiasmo y asombro en la comunidad científica.

Los planetas «súper-esponjosos» son bastante raros, y cuando se encuentran, suelen ser los únicos en su sistema planetario. La científica planetaria Jessica Libby-Roberts de la Universidad Estatal de Pensilvania, comenta: «Si explicar cómo se formaron tres súper-esponjosos en un sistema ya era un reto, ahora tenemos que explicar un cuarto planeta, sea o no un súper-esponjoso. Y no podemos descartar que haya más planetas en este sistema».

La naturaleza extraña de los tres exoplanetas conocidos que orbitan Kepler-51 fue establecida en 2019, cuando las observaciones permitieron a los astrónomos medir con detalle sus radios y masas. Estos datos fueron utilizados para calcular sus densidades, que resultaron ser inferiores a 0.1 gramos por centímetro cúbico, confirmando que los tres mundos pertenecían a la categoría de súper-esponjosos. Estos planetas son tan poco densos que, si pudieras ponerlos en una bañera gigantesca, flotarían.

Un equipo de astrónomos, codirigido por Libby-Roberts y Kento Masuda de la Universidad de Osaka, sospechó que el sistema podría ser aún más complejo cuando intentaron observar el tránsito de uno de los tres exoplanetas. Un tránsito ocurre cuando un exoplaneta pasa entre nosotros y su estrella, permitiendo medir sus propiedades a partir de la leve disminución en la luz estelar. Dado que los tiempos orbitales de los exoplanetas ya habían sido medidos, esta observación debería haber sido directa. Sin embargo, al apuntar los telescopios al sistema Kepler-51, tanto con el Observatorio Apache Point (APO) como con el Telescopio Espacial James Webb (JWST), las cosas no salieron según lo planeado.

Según Libby-Roberts, «Por suerte, empezamos a observar unas horas antes para establecer una línea base, porque llegaron las 2:00 am, luego las 3:00 am, y todavía no habíamos observado un cambio en el brillo de la estrella con el APO. Después de rehacer frenéticamente nuestros modelos y analizar los datos, descubrimos una ligera caída en el brillo estelar justo cuando empezamos a observar con el APO, que resultó ser el inicio del tránsito, ¡dos horas antes de lo previsto, lo cual está muy fuera de la ventana de incertidumbre de 15 minutos de nuestros modelos!».

Algo no encajaba, así que el equipo se apresuró a investigar qué estaba ocurriendo. Revisaron cuidadosamente los datos sobre los tiempos de tránsito obtenidos por el telescopio espacial TESS de la NASA, junto con observaciones de archivo de varios telescopios terrestres. También realizaron nuevas observaciones utilizando el telescopio Hubble y el Observatorio Palomar. Después de revisar minuciosamente los números para asegurarse de que no había errores, la única explicación que se ajustaba a todos los datos era la presencia de un cuarto exoplaneta no visible, que estaba influyendo gravitacionalmente en los otros tres en una intrincada danza orbital que alteraba sus tiempos de tránsito.

Este cuarto exoplaneta fue nombrado Kepler-51e. Los otros tres son Kepler-51b, Kepler-51c y Kepler-51d. Masuda explica: «Llevamos a cabo lo que se llama una búsqueda de ‘fuerza bruta’, probando muchas combinaciones diferentes de propiedades planetarias para encontrar el modelo de cuatro planetas que explicara todos los datos de tránsito recopilados en los últimos 14 años. Descubrimos que la señal se explica mejor si Kepler-51e tiene una masa similar a la de los otros tres planetas y sigue una órbita bastante circular de unos 264 días, algo que esperaríamos basándonos en otros sistemas planetarios. Otras posibles soluciones que encontramos involucran un planeta más masivo en una órbita más amplia, aunque creemos que son menos probables».

Dado que Kepler-51e no ha sido observado en tránsito, es posible que su órbita no esté alineada con nuestro ángulo de observación. Los tránsitos son necesarios para calcular el radio estelar, lo que significa que no sabemos qué tamaño podría tener ni cuál es su densidad. Sin embargo, el hecho de que exista en un sistema con tres exoplanetas súper-esponjosos ya es una rareza en sí misma. Para ponerlo en perspectiva, es como descubrir que un grupo de globos gigantes y muy poco densos están orbitando una estrella, y de repente descubrimos que hay un cuarto globo, igual de extraño, que influye en el movimiento de los otros.

Se necesitará más investigación para entender qué está pasando exactamente en el sistema Kepler-51. Una de las formas de hacerlo será analizar las atmósferas de los mundos esponjosos en tránsito y ver de qué están hechos exactamente, que era el objetivo inicial del equipo. El análisis continúa para desentrañar los misterios de este peculiar sistema planetario.

Esta investigación ha sido publicada en The Astronomical Journal. Este descubrimiento no solo nos muestra la diversidad y complejidad de los sistemas planetarios más allá de nuestro Sistema Solar, sino que también nos invita a cuestionar nuestras propias teorías y modelos sobre la formación y evolución de los planetas.

Profundizando en las características de este sistema, podemos entender mejor por qué los astrónomos están tan intrigados con Kepler-51. Los planetas súper-esponjosos son un tipo de exoplaneta que, como su nombre indica, tienen una densidad extremadamente baja en comparación con su tamaño. Esto significa que, a pesar de tener un radio considerable, su masa es sorprendentemente pequeña. Esta combinación de gran tamaño y baja masa hace que parezcan «hinchados» o «esponjosos». La razón detrás de esta baja densidad aún no se comprende completamente, pero se cree que podría estar relacionada con la composición de sus atmósferas, que podrían estar infladas por el calor de su estrella o contener grandes cantidades de gases ligeros como el hidrógeno y el helio.

El hallazgo de un cuarto planeta en este sistema plantea nuevas preguntas sobre cómo se forman y evolucionan estos mundos inusuales. La presencia de varios planetas súper-esponjosos en un mismo sistema es un fenómeno poco común, y el hecho de que Kepler-51e influya en los tránsitos de los otros planetas sugiere que las interacciones gravitacionales entre ellos juegan un papel importante en la configuración del sistema. El estudio de la dinámica orbital de estos planetas podría revelar claves importantes sobre la historia del sistema y cómo adquirieron sus características únicas.

El método de detección utilizado en este descubrimiento también es digno de mención. La técnica de tránsito, que consiste en medir la disminución en el brillo de la estrella cuando un planeta pasa por delante, ha sido fundamental para la detección de exoplanetas. En este caso, las discrepancias en los tiempos de tránsito de los planetas conocidos llevaron al descubrimiento de Kepler-51e. Este método demuestra la importancia de la observación precisa y el análisis detallado de los datos para desvelar los secretos del universo. El hecho de que los astrónomos tuvieran que volver a analizar sus datos y considerar varias hipótesis para llegar a la conclusión de la existencia de Kepler-51e destaca la naturaleza iterativa de la investigación científica.

Además, la tecnología utilizada para este descubrimiento también es fundamental. El Observatorio Apache Point (APO), el Telescopio Espacial James Webb (JWST), el telescopio espacial TESS de la NASA, el telescopio Hubble y el Observatorio Palomar han sido herramientas clave para recopilar los datos necesarios para este descubrimiento. Cada uno de estos instrumentos tiene capacidades únicas que permiten a los astrónomos observar el universo en diferentes longitudes de onda y con diferente precisión. La combinación de datos de diferentes observatorios ha sido esencial para confirmar la existencia de Kepler-51e y para comprender mejor la dinámica del sistema Kepler-51.

Mirando hacia el futuro, los científicos planean seguir investigando el sistema Kepler-51 para entender mejor su composición y evolución. El análisis de las atmósferas de los planetas súper-esponjosos será crucial para determinar la razón de su baja densidad y para entender los procesos físicos que dieron forma a estos mundos tan inusuales. Además, los investigadores seguirán buscando otros exoplanetas en este sistema, ya que no se puede descartar la presencia de más planetas. La exploración del sistema Kepler-51 es un paso importante en la búsqueda de planetas habitables más allá de nuestro Sistema Solar y nos muestra la gran diversidad de mundos que existen en nuestra galaxia.

El estudio de los exoplanetas, como los que se encuentran en el sistema Kepler-51, es crucial para comprender nuestro lugar en el universo. Nos permite investigar la diversidad de los sistemas planetarios y entender mejor los procesos de formación y evolución de los planetas. Cada nuevo descubrimiento nos acerca un poco más a responder preguntas fundamentales sobre la existencia de vida más allá de la Tierra. La ciencia es un proceso constante de exploración y descubrimiento, y el sistema Kepler-51 es un ejemplo perfecto de cómo la observación cuidadosa, el análisis detallado y la colaboración entre científicos pueden conducir a nuevos e importantes descubrimientos.