Un equipo internacional de astrónomos, incluido un grupo de la Universidad de Warwick, ha descubierto el primer planeta Neptuno Ultra Caliente, que orbita alrededor de la estrella cercana LTT 9779. El mundo orbita tan cerca de su estrella que su año dura sólo 19 horas, lo que significa que la radiación estelar calienta el planeta a más de 1.700 grados Celsius. A estas temperaturas, los elementos pesados como el hierro se pueden ionizar en la atmósfera y las moléculas se pueden disociar, proporcionando un laboratorio único para estudiar la química de los planetas fuera del sistema solar.
Aunque el mundo pesa el doble que Neptuno, también es un poco más grande y, por lo tanto, tiene una densidad similar. Por lo tanto, LTT 9779b debería tener un núcleo enorme de alrededor de 28 masas terrestres y una atmósfera que representa alrededor del 9% de la masa planetaria total.
El sistema en sí tiene alrededor de la mitad de la edad del Sol, con 2.000 millones de años, y dada la intensa irradiación, no se esperaría que un planeta similar a Neptuno mantuviera su atmósfera durante tanto tiempo, lo que proporciona un enigma intrigante que resolver.
¿Cómo llegó a existir un sistema tan improbable?
LTT 9779 es una estrella similar al Sol ubicada a una distancia de 260 años luz, un tiro de piedra en términos astronómicos. Es muy rico en metales y tiene el doble de hierro en su atmósfera que el Sol. Este podría ser un indicador clave de que el planeta era originalmente un gigante gaseoso mucho más grande, ya que estos cuerpos se forman preferentemente cerca de las estrellas con mayor abundancia de hierro.
Las indicaciones iniciales de la existencia del planeta se hicieron utilizando el Satélite de reconocimiento de exoplanetas en tránsito (TESS), como parte de su misión de descubrir pequeños planetas en tránsito orbitando estrellas cercanas y brillantes en todo el cielo. Estos tránsitos se encuentran cuando un planeta pasa directamente frente a su estrella madre, bloqueando parte de la luz estelar, y la cantidad de luz bloqueada revela el tamaño de la compañera. Mundos como estos, una vez confirmados por completo, pueden permitir a los astrónomos investigar sus atmósferas, proporcionando una comprensión más profunda de los procesos de formación y evolución de planetas.
La señal de tránsito se confirmó rápidamente a principios de noviembre de 2018 como proveniente de un cuerpo de masa planetaria, utilizando observaciones tomadas con el instrumento HARPS (High Accuracy Radial-velocity Planet Searcher), montado en el telescopio de 3.6 m de diámetro en el Observatorio la Silla de ESO (Observatorio Europeo Austral) en el norte de Chile. HARPS utiliza el método Doppler Wobble para medir las masas de los planetas y las características orbitales como el período. Cuando se encuentran objetos en tránsito, las mediciones Doppler se pueden organizar para confirmar la naturaleza planetaria de una manera eficiente. En el caso de LTT 9779b, el equipo pudo confirmar la existencia del planeta después de sólo una semana de observaciones.
La Universidad de Warwick es una institución líder dentro del consorcio Next-Generation Transit Survey (NGTS), cuyos telescopios en Paranal en Chile realizaron observaciones de seguimiento para ayudar a confirmar el descubrimiento del planeta. El Dr. George King del Departamento de Física de la Universidad de Warwick trabajó en el análisis de los hallazgos.
Desde Warwick comentan que «nos sentimos muy complacidos cuando nuestros telescopios NGTS confirmaron la señal de tránsito de este nuevo y emocionante planeta. La caída en el brillo es de sólo dos décimas del uno por ciento, y muy pocos telescopios son capaces de realizar mediciones tan precisas«.
El profesor James Jenkins, del Departamento de Astronomía de la Universidad de Chile, quien dirigió el equipo, comentó que «el descubrimiento del Neptuno Ultra Caliente LTT 9779b tan temprano en la misión TESS fue una completa sorpresa; una apuesta que valió la pena. La mayoría de los eventos de tránsito con períodos menos de un día resultan ser falsos positivos, normalmente el fondo eclipsa las estrellas binarias«.
¿Por qué el planeta Neptuno Ultra Caliente LTT 9779b aún conserva su atmósfera?
LTT 9779b es una bestia rara de hecho, que existe en una región escasamente poblada del espacio de parámetros planetarios. «El planeta existe en algo conocido como el ‘Desierto de Neptuno’, una región desprovista de planetas cuando observamos la población de masas y tamaños planetarios. Aunque los gigantes helados parecen ser un subproducto bastante común del proceso de formación de planetas, este no es el caso muy cerca de sus estrellas. Creemos que estos planetas son despojados de sus atmósferas, terminando en los llamados planetas del Período Ultra Corto«, explica Jenkins.
Los cálculos del Dr. King confirmaron que la atmósfera de LTT 9779b debería haber sido despojada de su atmósfera mediante un proceso llamado fotoevaporación. «Los intensos rayos X y ultravioleta de la joven estrella madre habrán calentado la atmósfera superior del planeta y deberían haber llevado los gases atmosféricos al espacio«, afirma. Por otro lado, los cálculos del Dr. King mostraron que no había suficiente calentamiento por rayos X para que LTT 9779b comenzara como un gigante gaseoso mucho más masivo. «La fotoevaporación debería haber resultado en una roca desnuda o en un gigante gaseoso«, especula. «Lo que significa que tiene que haber algo nuevo e inusual que debemos tratar de explicar sobre la historia de este planeta«.
El profesor Jenkins comentó que “los modelos de estructura planetaria nos dicen que el planeta es un mundo dominado por un núcleo gigante, pero lo más importante es que deberían existir dos o tres masas terrestres de gas atmosférico. Pero si la estrella es tan vieja, ¿por qué existe alguna atmósfera? Bueno, si LTT 9779b comenzó su vida como un gigante gaseoso, entonces un proceso llamado Roche Lobe Overflow podría haber transferido cantidades significativas de gas atmosférico a la estrella«.
El desbordamiento del lóbulo de Roche es un proceso por el cual un planeta se acerca tanto a su estrella que la gravedad más fuerte de la estrella puede capturar las capas externas del planeta, haciendo que se transfiera a la estrella y disminuyendo significativamente la masa del planeta. Los modelos predicen resultados similares a los del sistema LTT 9779, pero también requieren algunos ajustes.
«El planeta está muy caliente, lo que motiva la búsqueda de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, junto con núcleos atómicos ionizados»
«También podría ser que el LTT 9779b llegase a su órbita actual bastante tarde, por lo que no ha tenido tiempo de ser despojado de su atmósfera. Las colisiones con otros planetas en el sistema podrían haberlo arrojado hacia la estrella. De hecho, dado que es un mundo tan único y poco común, pueden ser plausibles escenarios más exóticos«, añade Jenkins.
Dado que el planeta parece tener una atmósfera significativa y que orbita alrededor de una estrella relativamente brillante, los estudios futuros de la atmósfera planetaria pueden revelar algunos de los misterios relacionados con cómo se forman esos planetas, cómo evolucionan y los detalles de su composición. «El planeta está muy caliente, lo que motiva la búsqueda de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, junto con núcleos atómicos ionizados. Es aleccionador pensar que este ‘planeta improbable’ es probablemente tan raro que no encontraremos otro laboratorio. Me gusta estudiar la naturaleza de los Neptunos ultra calientes en detalle. Por lo tanto, debemos extraer todo el conocimiento que podamos de este diamante en bruto, observándolo con instrumentos tanto terrestres como espaciales durante los próximos años”, concluye Jenkins.
«Un Neptuno Ultra Caliente en el Desierto de Neptuno» se ha publicado en Nature Astronomy.
