Los planetas que orbitan estrellas binarias se encuentran en una situación difícil: tienen que lidiar con la atracción gravitacional de dos estrellas separadas. La formación planetaria alrededor de una sola estrella como nuestro sol es relativamente sencilla en comparación con lo que atraviesan los planetas circumbinarios. Hasta hace poco, los astrónomos no estaban seguros de que existieran.
Los astrónomos rara vez encuentran estrellas binarias con planetas orbitándolas. Puede ser porque son raros o porque son difíciles de detectar; probablemente ambos. Ahora, un equipo de investigadores ha encontrado una estrella binaria con más de un planeta. Esta es solo la segunda instancia de un sistema estelar binario multiplanetario. ¿Qué nos dice acerca de este tipo de sistemas solares?
El sistema se llama TOI-1338 y es una estrella binaria a unos 1.300 años luz de distancia en la constelación de Pictoris. TOI-1338 a es una estrella de secuencia principal de 1,12 masas solares y TOI-1338 b es una enana M (enana roja) de 0,3 masas solares. El sistema estelar tiene unos 4.400 millones de años.
Un pasante de verano en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA descubrió el primer planeta alrededor del binario en 2017. TOI-1338 b es un planeta circumbinario con aproximadamente 33 masas terrestres y tiene un tamaño entre Saturno y Neptuno. Está en una órbita de 95 días alrededor de las estrellas binarias.
Los planetas circumbinarios son difíciles de encontrar en los datos porque las estrellas pueden eclipsarse entre sí, lo que hace que los tránsitos planetarios sean difíciles de discernir. Sus tránsitos también pueden ser irregulares y pueden transitar frente a una sola de las estrellas binarias. Los tránsitos de TOI-1338 b ocurren de forma irregular, entre cada 93 y 95 días, por lo que no es periódico. Y dado que ambas estrellas se están moviendo, la profundidad del tránsito varía.
Debido a la inclinación de TOI-1338 b, desde nuestra perspectiva, dejará de transitar frente a su estrella en noviembre de 2023. Luego, alrededor de 2031, veremos los tránsitos nuevamente.
Ahora los astrónomos han encontrado un segundo planeta que orbita TOI-1338. Se llama TOI-1338/BEBOP-1c y lo encontraron utilizando el método de velocidad radial en lugar del método de tránsito. El nombre BEBOP proviene de un proyecto de observación. “Para aumentar el número de planetas circumbinarios conocidos y proporcionar masas precisas para los sistemas descubiertos con el método de tránsito, iniciamos una encuesta de observación de velocidad radial dedicada a la detección de planetas circumbinarios llamada Binaries Escorted By Orbiting Planets (BEBOP)”, explican los autores en su papel
Los investigadores informaron de sus hallazgos en un artículo titulado “El primer planeta circumbinario descubierto con velocidades radiales”. Ha sido aceptado para su publicación en Nature Astronomy y está disponible en el servidor de preimpresión arXiv. El autor principal es Matthew R. Standing, Ph.D. estudiante de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Birmingham, Reino Unido.
El nuevo planeta es un gigante gaseoso de unas 65 masas terrestres. Está en una órbita más amplia que TOI-1338 b y tiene un período orbital de unos 215 días. Los astrónomos lo descubrieron utilizando datos de velocidad radial recopilados con los espectrógrafos HARPS y ESPRESSO. Este descubrimiento marca la primera vez que los astrónomos encuentran un planeta circumbinario utilizando la velocidad radial, y el sistema es solo el segundo sistema circumbinario de múltiples planetas encontrado.
Los astrónomos están muy interesados en los planetas circumbinarios. Han sido comunes en la ciencia ficción, pero no se confirmaron hasta que la misión Kepler encontró el primero. Se llama Kepler-16b, y es un bicho raro a su manera. Está dentro del radio que los astrónomos pensaban que era el límite interior de los planetas en los sistemas estelares binarios. Kepler-16b no tiene planetas hermanos.
Ahora sabemos de 12 planetas circumbinarios, y dos de ellos están en sistemas multiplanetarios. El primer sistema circumbinario multiplanetario que encontraron los astrónomos se llama Kepler-47 y alberga tres explanetas conocidos. El programa de observación BEBOP está diseñado para descubrir más planetas circumbinarios y discernir más sobre ellos. Su objetivo principal es encontrar más de ellos, y lo logrará superando algunos de los sesgos de observación de Kepler.
Los sistemas de estrellas binarias son mucho más complicados que los sistemas de una sola estrella como el nuestro. Las estrellas binarias interrumpen la formación de planetas de una manera que no lo hacen los sistemas de una sola estrella más predecibles. Las estrellas duales crean condiciones duras en el entorno protoplanetario. Los astrónomos solían pensar que los planetas de estos sistemas estarían sujetos a colisiones catastróficas o serían expulsados de sus sistemas por perturbaciones gravitatorias. Pero todos estos descubrimientos recientes muestran que eso no es necesariamente cierto. Al encontrar más planetas circumbinarios y caracterizar sus similitudes y diferencias con los planetas de una sola estrella, los astrónomos aprenderán mucho sobre cómo se forman y migran los planetas.
Una de las dificultades en el estudio de los planetas circumbinarios es determinar sus masas. BEBOP fue diseñado no solo para encontrar planetas, sino también para medir sus masas con mayor precisión. Esto es fundamental porque conocer sus masas ayuda a determinar cuáles están hinchados, con atmósferas extendidas adecuadas para la espectroscopia atmosférica. BEBOP no solo encontró el segundo planeta, sino que midió la masa del planeta interior de TOI-1338 con mayor precisión.
Encontrar otro sistema circumbinario de múltiples planetas y determinar sus masas es un descubrimiento importante. Si bien estos sistemas alteran algunas partes de los modelos sobre cómo se forman los planetas, en última instancia, harán que nuestros modelos sean más precisos.
Los investigadores dicen que en algún momento, se garantiza que TOI-1338/BEBOP-1c transitará por la estrella primaria, pero no pueden decir cuándo. Eso es a pesar de la desalineación entre el planeta y la estrella. “Puede parecer contradictorio al principio que una desalineación planetaria-binaria hace que la transitabilidad sea más probable”, escriben. Esto se debe a que la inclinación del cielo del planeta oscila alrededor de la inclinación del cielo del binario, según los autores, y eventualmente, la inclinación del planeta se acercará a los 90 grados. Eso significa que “… la gran mayoría de los planetas circumbinarios que orbitan binarias eclipsantes eventualmente transitarán”.
El equipo también examinó la cuestión de otros planetas alrededor de la estrella binaria. Ninguno ha sido detectado todavía, pero es posible que aún lo sean. Si bien no pueden decir con certeza si hay planetas adicionales, calcularon y graficaron las limitaciones de cualquier detección potencial.
Uno de los problemas de estudiar planetas circumbinarios alrededor de estrellas binarias es que la mayoría de los que conocemos son demasiado débiles. Eso significa que para la mayoría de ellos, incluido el nuevo planeta TOI-1338/BEBOP-1c, no hay oportunidad de emplear la espectroscopia para sondear sus atmósferas. Pero su hermano previamente descubierto, TOI-1338b, podría estar lo suficientemente iluminado. “Por lo tanto”, escriben los investigadores, “a pesar de los desafíos que puede presentar, TOI-1338/BEBOP-1b es nuestra única posibilidad de arrojar luz sobre la composición atmosférica de los planetas circumbinarios”.
“De los ahora 15 exoplanetas circumbinarios conocidos, TOI-1338/BEBOP-1b es el único para el que actualmente se puede buscar la espectroscopia de transmisión del Telescopio Espacial James Webb. Si vamos a desvelar los misterios de las exoatmósferas circumbinarias similares a las de Tatooine, el El sistema TOI-1338/BEBOP-1 ofrece una nueva esperanza”, escriben los autores en su artículo.
Con información de Arxiv
