La misión Cheops de la ESA ha revelado un sistema planetario único que consta de seis mundos, cinco de los cuales están atrapados en una llamativa danza rítmica mientras orbitan su estrella central. Los tamaños y masas de los planetas, sin embargo, no siguen un patrón tan ordenado. Este hallazgo desafía las teorías actuales sobre la formación de planetas.

El descubrimiento de un número creciente de sistemas planetarios, ninguno como nuestro propio Sistema Solar, continúa mejorando nuestra comprensión de cómo se forman y evolucionan los planetas. Un ejemplo sorprendente es el sistema planetario llamado TOI-178, a unos 200 años luz de distancia en la constelación de Sculptor.

Los astrónomos ya esperaban que esta estrella albergara dos o más exoplanetas después de observarla con el satélite de estudio de exoplanetas en tránsito (TESS) de la NASA. Nuevas observaciones altamente precisas con Cheops, el satélite de caracterización de exoplanetas de la ESA que se lanzó en 2019, ahora muestran que TOI-178 alberga al menos seis planetas y que este sistema solar alienígena tiene un diseño muy singular.

El equipo, dirigido por Adrien Leleu de la Universidad de Ginebra y la Universidad de Berna en Suiza, publicó sus resultados en Astronomy & Astrophysics.

Resonancia orbital

Una de las características especiales del sistema TOI-178 que los científicos pudieron descubrir con Cheops es que los planetas —excepto el más cercano a la estrella— siguen una danza rítmica mientras se mueven en sus órbitas. Este fenómeno se llama resonancia orbital y significa que hay patrones que se repiten cuando los planetas giran alrededor de la estrella, con algunos planetas alineándose cada pocas órbitas.

Se observa una resonancia similar en las órbitas de tres de las lunas de Júpiter: Io, Europa y Ganímedes. Por cada órbita de Europa, Ganímedes completa dos órbitas e Io completa cuatro (este es un patrón 4:2:1).

En el sistema TOI-178, el movimiento resonante es mucho más complejo ya que involucra cinco planetas, siguiendo un patrón 18:9:6:4:3. Mientras que el segundo planeta desde la estrella (el primero en el patrón) completa 18 órbitas, el tercer planeta desde la estrella (segundo en el patrón) completa nueve órbitas, y así sucesivamente.

Inicialmente, los científicos solo encontraron cuatro de los planetas en resonancia, pero siguiendo el patrón, calcularon que debería haber otro planeta en el sistema (el cuarto siguiendo el patrón, el quinto planeta desde la estrella).

«Predijimos su trayectoria con mucha precisión asumiendo que estaba en resonancia con los otros planetas», explica Adrien. Una observación adicional con Cheops confirmó que el planeta faltante existía en la órbita predicha.

Tamaño y masa

Después de haber descubierto los raros arreglos orbitales, los autores del estudio sintieron curiosidad por ver si las densidades de los planetas (tamaño y masa) también siguen un patrón ordenado. Para investigar esto, Adrien y su equipo combinaron datos de Cheops con observaciones tomadas con telescopios terrestres en el Observatorio Paranal del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile.

Pero aunque los planetas del sistema TOI-178 orbitan su estrella de manera muy ordenada, sus densidades no siguen ningún patrón en particular. Uno de los exoplanetas, un planeta terrestre denso como la Tierra, está justo al lado de un planeta de tamaño similar pero muy esponjoso, como un mini-Júpiter, y al lado hay uno muy similar a Neptuno.

«Esto no es lo que esperábamos, y es la primera vez que observamos una configuración de este tipo en un sistema planetario», dice Adrien. «En los pocos sistemas que sabemos dónde orbitan los planetas en este ritmo resonante, las densidades de los planetas disminuyen gradualmente a medida que nos alejamos de la estrella, y también es lo que esperamos de la teoría».

Los eventos catastróficos, como los impactos gigantes, normalmente podrían explicar las grandes variaciones en la densidad de los planetas, pero el sistema TOI-178 no estaría tan perfectamente en armonía si ese hubiera sido el caso.

«Las órbitas de este sistema están muy bien ordenadas, lo que nos dice que este sistema ha evolucionado con bastante suavidad desde su nacimiento», explica el coautor Yann Alibert de la Universidad de Berna.

Revelar la compleja arquitectura del sistema TOI-178, que desafía las teorías actuales sobre la formación de planetas, fue posible gracias a casi 12 días de observaciones con Cheops (11 días de observaciones continuas, más dos observaciones más cortas).

«Resolver este emocionante rompecabezas requirió bastante esfuerzo para planificar, en particular para programar la observación continua de 11 días necesaria para capturar las firmas de los diferentes planetas», dice Kate Isaak, científica del proyecto Cheops de la ESA. «Este estudio destaca muy bien el potencial de seguimiento de Keops, no solo para caracterizar mejor los planetas conocidos, sino para cazar y confirmar otros nuevos».

Adrien y su equipo quieren seguir usando Cheops para estudiar el sistema TOI con más detalle.

«Podríamos encontrar más planetas que podrían estar en la zona habitable, donde el agua líquida podría estar presente en la superficie, pero esta comienza fuera de las órbitas de los planetas que descubrimos hasta la fecha», precisa Adrien. «También queremos saber qué pasó con el planeta más interno que no está en resonancia con los demás. Sospechamos que dejó de resonar debido a las fuerzas de marea».

Los astrónomos utilizarán Cheops para observar cientos de exoplanetas conocidos que orbitan estrellas brillantes.

«Cheops no solo profundizará nuestra comprensión de la formación de exoplanetas, sino también la de nuestro propio planeta y el Sistema Solar», concluye Kate.

Fuente: ESA. Edición: MP.