Los astrónomos descubrieron 55 Cancri e en 2004. Eso fue cinco años antes de que se lanzara la nave espacial de búsqueda de planetas Kepler de la NASA, y la ciencia de los exoplanetas ha avanzado mucho en los años intermedios. Los astrónomos descubrieron el planeta con el método de velocidad radial en lugar del método de tránsito de Kepler. 55 Cancri e fue la primera supertierra encontrada alrededor de una estrella de la secuencia principal. El sistema 55 Cancri también fue la primera estrella descubierta con cuatro y luego cinco planetas.
El descubrimiento fue una gran noticia entonces; a lo largo de los años, el trabajo de seguimiento ha revelado más detalles, incluido que 55 Cancri e está extremadamente cerca de su estrella y tiene una superficie fundida.
Pero una pregunta quedó sin respuesta: ¿Cómo llegó allí?
Un nuevo estudio publicado en Nature Astronomy muestra cómo 55 Cancri e debe haberse formado más lejos de la estrella en los tramos más fríos de su sistema solar. El estudio es “Alineación de la órbita de giro medida de la súper Tierra 55 Cancri e de período ultracorto”. La autora principal es Lily Zhao, investigadora del Centro de Astrofísica Computacional (CCA) del Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York.
55 Cancri es un sistema estelar binario a unos 41 años luz de distancia. Una estrella (55 Cancri A) es una estrella de secuencia principal de tipo K y la otra (55 Cancri B) es una enana roja. 55 Cancri e no es el único planeta del sistema. Tiene cuatro hermanos.
El nuevo documento se basa en observaciones realizadas con el instrumento EXtreme PREcision Spectrograph (EXPRES) en el Telescopio de descubrimiento del Observatorio Lowell de 4,3 m en el Observatorio Lowell en Arizona. Está diseñado para mediciones precisas de la velocidad radial de los planetas mientras orbitan sus estrellas.
Como sugiere el título del estudio, la órbita de rotación de los planetas es vital para comprender los planetas y su lugar en la evolución del sistema solar al que pertenecen. Es particularmente importante cuando se trata de planetas como 55 Cancri e porque los astrónomos no entienden cómo los planetas como este terminan tan cerca de sus estrellas. Más sobre eso más adelante.
55 Cancri e es conocido por estar extremadamente cerca de su estrella de secuencia principal, Cancri 55 A, a menudo denominada simplemente Cancri 55. Cancri 55 es más pequeña y menos masiva que el Sol, por lo que también es un poco más fría. Pero eso no le importa al planeta.
55 Cancri e está clasificada como una súper Tierra, pero está lejos de ser como la Tierra. (Muchos exoplanetas son interesantes debido a su habitabilidad potencial, pero ni siquiera mencionan la habitabilidad en este caso). Orbita tan cerca de la estrella que su superficie está fundida y alcanza una temperatura de 2000 grados Celsius. (3600 F.) Viaja tan rápido que su año dura solo 17.5 horas.
Debido a que está tan cerca de su estrella y orbita tan rápido, 55 Cancri e se denomina planeta de período ultracorto (USP). Los planetas que completan una órbita en menos de 24 horas son USP.
El planeta no siempre fue un infierno abrasador y fundido. Eso es porque no se formó en su ubicación actual.
“Los astrónomos esperan que este planeta se haya formado mucho más lejos y luego haya entrado en espiral en su órbita actual”, dijo Debra Fischer. Ella es de la División de Ciencias Astronómicas de la Fundación Nacional de Ciencias y es autora principal del artículo. “Ese viaje podría haber expulsado al planeta del plano ecuatorial de la estrella, pero este resultado muestra que el planeta se mantuvo firme”.
Pero a pesar de que el planeta se formó más lejos del Sol que donde reside ahora, y es una súper Tierra, probablemente nunca fue habitable. 55 Cancri e “… probablemente estaba tan caliente que nada de lo que somos conscientes podría sobrevivir en la superficie”, dijo el autor principal Zhao.
55 Cancri e no es el único planeta que cambia de órbita con el tiempo. Lo mismo sucedió en nuestro Sistema Solar. La hipótesis de Grand Tack dice que Júpiter se formó a las 3,5 AU, migró hacia adentro a 1,5 AU y luego volvió a salir a 5,2 AU, donde orbita hoy. La hipótesis de Grand Tack explica algunas cosas sobre nuestro Sistema Solar, incluido por qué Marte es tan pequeño.
Las migraciones de Júpiter ayudaron a dar forma al Sistema Solar y pueden haber influido en el destino de Marte. Si Marte alguna vez fue habitable, y se ve cada vez más como lo era, la migración de Júpiter tuvo que haberlo afectado de alguna manera. Entonces, comprender cómo los exoplanetas como 55 Cancri e migran con el tiempo debería ayudarnos a comprender la habitabilidad de los exoplanetas en otros sistemas solares. Dicha información es fundamental para descubrir qué tan comunes podrían ser los entornos similares a la Tierra en el universo y, por extensión, qué tan abundante puede ser la vida extraterrestre.
El planeta excéntrico es fascinante porque es muy diferente a nuestro planeta o a cualquier otro planeta de nuestro Sistema Solar. Para los científicos curiosos, es más que un bicho raro. Quieren saber cómo terminó tan cerca de su estrella.
Eso nos lleva de vuelta a la inusual alineación del eje de giro del planeta.
Puede parecer contradictorio que los astrónomos utilicen un espectrógrafo, que mide la luz, para determinar el movimiento de un planeta. Pero funciona debido al efecto Doppler. El efecto Doppler explica cómo la luz que se aleja de nosotros se desplaza hacia el rojo y la luz que se acerca a nosotros se desplaza hacia el azul. La estrella anfitriona de Cancri 55 e está girando, lo que significa que la luz del lado que retrocede se desplaza hacia el rojo. Por el contrario, la luz del lado que se aproxima se desplaza hacia el azul.
Mientras Cancri 55 e transita frente a la estrella, el instrumento EXPRES del Observatorio Lowell mide la luz de la estrella con precisión. Esas medidas revelan desviaciones aparentes, pero no reales, en la velocidad radial del planeta, y esas desviaciones informan a los astrónomos sobre la órbita y el giro del planeta en relación con la estrella. Los autores lo explican mejor cuando escriben: “La captura del desplazamiento rojo/azul neto resultante revela la orientación del vector normal orbital del planeta con respecto al vector de giro de su estrella anfitriona, es decir, la alineación de la órbita de giro estelar proyectada en el cielo o la rotación estelar oblicuidad.”
El efecto específico que midió el equipo cuando el planeta transita por la estrella es el efecto Rossiter-McLaughlin (RM). Explicar eso en detalle significaría ir por la madriguera del conejo, y está más allá del alcance de este artículo. Pero la imagen de abajo arroja algo de luz al respecto. Es suficiente decir que la naturaleza de la luz cambia y EXPRES puede medirla con precisión, más precisión que los instrumentos más antiguos.
Aunque la velocidad radial real del planeta no cambia, el cambio aparente medido todavía muestra el ligero cambio gravitacional que el planeta induce en la estrella. Sin esa información, no es fácil reconstruir la historia de Cancri 55 e y cómo se acercó tanto a su estrella. Porque, como sabemos, no puede haberse formado allí.
El hallazgo clave es que Cancri 55 e orbita a lo largo del ecuador de su estrella mientras que sus cuatro hermanos no lo hacen. Recuerde que el sistema Cancri 55 es un sistema binario, y la pequeña enana roja del par binario está bastante distante de la estrella más grande. Pero aún ejerce su gravedad más débil sobre el sistema, lo que explica por qué las cinco estrellas probablemente tenían una órbita que no estaba alineada con precisión con la rotación de la estrella más grande. Dado que es muy probable que el planeta inicialmente tuviera el mismo plano orbital que sus hermanos, muestra que a medida que migró hacia el interior, la fuerza gravitacional de la estrella principal alineó al planeta con el ecuador de la estrella.
En cuanto a lo que llevó a Cancri 55 e a iniciar su migración hacia la estrella, las causas pueden ser varias. Los planetas están en constante movimiento, y cuando hay cinco de ellos, ejercen una influencia entre sí que puede causar que los planetas migren. También es posible que el planeta se haya formado a partir del disco circunestelar con una desalineación inicial.
“Hemos aprendido cómo este sistema de múltiples planetas, uno de los sistemas con la mayor cantidad de planetas que hemos encontrado, llegó a su estado actual”.
Lily Ahao, autora principal, Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron.
“Hemos aprendido cómo este sistema multiplanetario, uno de los sistemas con la mayor cantidad de planetas que hemos encontrado, llegó a su estado actual”, dijo la autora principal del estudio, Lily Zhao.
Si bien este estudio no puede concluir exactamente qué causó que Cancri 55 e se acercara tanto a su estrella, sigue siendo importante. Las mediciones anteriores de su alineación de giro-órbita dieron resultados contradictorios porque los instrumentos utilizados para medir la alineación no eran tan precisos.
Varias teorías intentan explicar cómo los planetas de período ultracorto terminan en lugares infernales. Una teoría dice que debido a la lejana enana roja, todos los planetas deberían estar desalineados con la rotación de la estrella principal. Otro dice que la resonancia secular entre 55 Cancri e y los otros planetas excitó la excentricidad e inclinación orbital del planeta, desalineándolo con los otros planetas y la estrella. Pero gracias a las mediciones precisas posibles con EXPRES, el equipo lo ha reducido.
“La estrecha alineación de la órbita normal de la supertierra 55 Cnc e de período ultracorto con el eje de giro de su estrella anfitriona impone restricciones a las teorías sobre cómo los USP migran a sus posiciones actuales y cómo interactúan con otros planetas en multiplanetas compactos. sistemas”, escriben los autores en su conclusión. “Esta medida también da pistas sobre por qué ninguno de los otros planetas conocidos alrededor de 55 Cnc transita y el posible papel del compañero estelar distante de 55 Cnc”.
Como suele ser el caso, mejores datos conducen a mejores conclusiones. En este caso, el poderoso instrumento EXPRES ayudó al equipo a comprender mejor este planeta inusual. “Los datos EXPRES utilizados en este análisis tienen una relación señal-ruido (SNR) constante y, a menudo, más alta, así como incertidumbres más bajas que las mediciones de RV utilizadas anteriormente”, escriben. Aquí se refieren a instrumentos como HARPS, el buscador de planetas de velocidad radial de alta precisión, otro espectrómetro diseñado para encontrar exoplanetas.
“Nuestra precisión con EXPRES hoy es más de 1000 veces mejor que la que teníamos hace 25 años…”
Debra Fischer, autora principal, División de Ciencias Astronómicas de la Fundación Nacional de Ciencias
El equipo concluye que la estrecha alineación entre la órbita del planeta y el eje de la estrella anfitriona favorece una explicación sobre otras. “La estrecha alineación de la órbita normal de 55 Cnc e con el eje estelar de su estrella anfitriona favorece preliminarmente los modelos de marea de baja excentricidad y oblicuidad planetaria”. La baja excentricidad significa que la órbita del planeta no era completamente circular pero no se desvió mucho de un círculo. La oblicuidad planetaria es el ángulo entre la órbita de un planeta y su eje de giro. Y eso es lo más profundo a lo que vamos.
Recuerda que este sistema estelar está a 41 años luz de distancia, ¡una distancia enorme! Y aunque Cancri 55 e es varias veces más masivo que la Tierra, sigue siendo increíblemente pequeño desde tan lejos. Es por eso que los instrumentos mejorados como EXPRESS son tan importantes en astronomía.
“Nuestra precisión con EXPRES hoy es más de 1000 veces mejor que la que teníamos hace 25 años cuando comencé a trabajar como cazador de planetas”, dijo Fischer. “Mejorar la precisión de la medición fue el objetivo principal de mi carrera porque nos permite detectar planetas más pequeños mientras buscamos análogos de la Tierra”.
EXPRES es más nuevo que HARPS y revela más detalles sobre los exoplanetas en tránsito que HARPS. Y el detalle nos está ayudando a comprender la dinámica del sistema solar en sistemas remotos como Cancri 55 y eventualmente puede ayudar a explicar la historia de nuestro propio Sistema Solar. “Con esta medición robusta que utiliza datos EXPRES, podemos imponer restricciones en las diferentes historias dinámicas propuestas para el sistema 55 Cnc”.
Con información de UniverseToday.com
