El misterioso gigante gaseoso en torno a HD 114082

El misterioso gigante gaseoso en torno a HD 114082
Consejo editorial
/ Comunicado de prensa del Instituto Max Planck de Astronomía
astronoticias.com
30 de noviembre de 2022

Los astrónomos han descubierto un planeta gigante alrededor de la estrella similar al Sol HD 114082. Con solo 15 millones de años, este super-Júpiter es el exoplaneta más joven de su tipo para el que se han determinado su radio y masa. Sin embargo, ambas cantidades son difíciles de reconciliar con los modelos ampliamente aceptados de formación de planetas.

Los astrónomos han descubierto más de 5.000 exoplanetas, de los cuales alrededor del 15 por ciento son gigantes gaseosos con una masa al menos igual a la de Júpiter. Ahora, un grupo de astrónomos dirigido por Olga Zakozhai del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) en Heidelberg y el Observatorio Astronómico Principal de la Academia Nacional de Ciencias de Ucrania en Kyiv ha descubierto un exoplaneta llamado HD 114082 b, que exhibe un número de características que hacen pensar a los científicos.

El planeta tiene aproximadamente el tamaño de Júpiter, pero su masa es ocho veces la de Júpiter. “En comparación con los modelos actualmente aceptados, HD 114082 b es dos o tres veces más denso para un joven gigante gaseoso de solo 15 millones de años”, dice Zakzai. La densidad media resultante de este planeta gaseoso es el doble de la de la Tierra, lo que es realmente notable. Después de todo, la Tierra es un planeta rocoso con un núcleo de hierro y níquel y no consiste en hidrógeno y helio, los elementos más ligeros del Universo, de los cuales Júpiter se compone casi exclusivamente.

“HD 114082 b es actualmente el planeta gigante gaseoso más pequeño conocido con una masa y un radio bien establecidos”, dijo Zakzai. Así que promete enseñar astronomía sobre la formación de gigantes gaseosos en general. “Creemos que los planetas gigantes pueden formarse de dos maneras”, explica Ralph Lönnhardt de MPIA. “Ambos ocurren dentro de un disco protoplanetario de gas y polvo que se esparce alrededor de una joven estrella anfitriona”. En el primer proceso, llamado “acreción de núcleos”, primero se acumula un núcleo sólido de material rocoso. Una vez que alcanza una masa crítica, su gravedad atrae el gas circundante, provocando la rápida acumulación de hidrógeno y helio, creando un planeta gigante. En el segundo proceso, llamado “inestabilidad del disco”, haces de gas denso gravitacionalmente inestables colapsan por completo, formando un planeta gigante sin un núcleo rocoso.

Dependiendo de las suposiciones hechas para estos dos escenarios, el gas debería enfriarse a diferentes velocidades, lo que determina la temperatura de los jóvenes planetas gigantes gaseosos. Así, los nuevos planetas pueden experimentar un “arranque en frío” o un “arranque en caliente”, dando como resultado marcadas diferencias que pueden caracterizar a estos modelos, especialmente a una edad temprana.

Actualmente, muchos astrónomos favorecen el escenario de arranque en caliente de la acumulación de núcleos para planetas gigantes como HD 114082 b. Dado que el gas caliente ocupa más volumen que el gas frío, se deben notar marcadas diferencias en los tamaños de los planetas observados. Esta diferencia de tamaño es más pronunciada en los planetas más pequeños. Sin embargo, durante los primeros cientos de millones de años de enfriamiento posterior a la formación, este efecto se desvanece. A primera vista, HD 114082 b contradice las expectativas. La combinación de masa y volumen no se ajusta a la imagen de arranque en caliente. En cambio, se ajusta más a un escenario de arranque en frío.

Curiosamente, algunos de los candidatos ligeramente mayores de otros estudios muestran el mismo comportamiento. “Es demasiado pronto para renunciar a la idea de un buen comienzo”, explica Lönnhardt. “Todo lo que podemos decir es que aún no comprendemos completamente la formación de planetas gigantes”. HD 114082 b es claramente demasiado pequeño para su masa en comparación con los modelos actuales. O tiene un núcleo sólido inusualmente grande, o los modelos están equivocados y subestiman la velocidad a la que estos gigantes gaseosos pueden enfriarse, o ambas cosas.

El descubrimiento de HD 114082 b es el resultado de un programa de observación integral llamado RVSPY (Radial Velocity Survey for Planets Around Young Stars). Actualmente consta de 775 horas de observaciones utilizando el telescopio ESO/MPG de 2,2 metros alimentado por MPIA en el sitio de La Silla del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile durante un período de 4,5 años. RVSPY es un buen ejemplo de investigación astronómica de alto rendimiento que se realiza en telescopios con acceso permanente durante un largo período de tiempo. Este tipo de estudios no sería posible con los telescopios más modernos, ya que el tiempo de observación de cada proyecto es muy limitado debido a la gran demanda.

El objetivo de RVSPY es revelar la cantidad y distribución de planetas gigantes (calientes, tibios y fríos) alrededor de estrellas jóvenes. Para ello, los astrónomos han registrado series temporales de espectros de 111 estrellas jóvenes, es decir, descomponen la luz de las estrellas en sus componentes básicos de color, de forma similar a lo que vemos en un arco iris. Pequeños cambios periódicos en los espectros estelares pueden indicar la oscilación observada de la estrella, debido a la atracción gravitacional de un planeta en órbita. En general, la actividad estelar, como pulsaciones o destellos, puede afectar las mediciones, especialmente para estrellas jóvenes como HD 114082. Sin embargo, la calidad de los datos de RVSPY es lo suficientemente buena como para identificar inequívocamente la señal de una estrella oscilante. El equipo también incluyó datos de archivo antiguos de otros telescopios para extender la cobertura al pasado.

Mientras que los astrónomos usan el llamado método de velocidad radial para inferir la masa y el período orbital de un planeta alrededor de su estrella anfitriona, tienen que recurrir a otra técnica para determinar su tamaño: el método de tránsito. Los eclipses leves periódicos de una estrella son observados por un planeta que pasa frente a la estrella. “Ya sospechábamos que la órbita del planeta se formó casi de lado, desde el descubrimiento de un anillo de polvo alrededor de HD 114082 hace unos años”, dice Zakzai. “Sin embargo, tuvimos la suerte de encontrar una observación en los datos de TESS con una curva de luz de tránsito impresionante que mejoró nuestro análisis”.

TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) es una nave espacial de la NASA que busca exoplanetas alrededor de estrellas relativamente cercanas a la Tierra. Al incorporar estas medidas, Zakouzi y sus colegas descubrieron que HD 114082 b orbita su estrella madre similar al Sol en 110 días a una distancia de aproximadamente 0,5 UA. Una unidad astronómica es la distancia media entre el sol y la tierra. Por lo tanto, es similar a la órbita de Mercurio alrededor de nuestro sol.

HD 114082 b es uno de los tres únicos planetas gigantes jóvenes, de hasta 30 millones de años, cuyo tamaño y tamaño se conocen. Es probable que todos ellos entren en conflicto con los modelos de inicio rápido aceptados más populares. Aunque los astrónomos usan estadísticas de números bajos con tres planetas, es poco probable que todos estos planetas sean atípicos. “Si bien se necesitan más planetas de este tipo para confirmar esta tendencia, creemos que los teóricos deberían reconsiderar sus cálculos”, dijo Zakzai. “Es emocionante cómo nuestros resultados de observación alimentan la teoría de la formación de planetas. Ayudan a mejorar nuestro conocimiento de cómo se forman estos planetas gigantes y nos muestran dónde se encuentran las brechas en nuestra comprensión”.

El equipo informa sobre las observaciones de HD 114082 b en un artículo científico publicado en la revista Nature. Astronomía y astrofísica Él apareció.