En 1992, el esfuerzo de la humanidad por comprender el universo dio un importante paso adelante. Fue entonces cuando los astrónomos descubrieron los primeros exoplanetas. Se llaman Poltergeist (Fantasma ruidoso) y Phobetor (Frightener), y orbitan un púlsar a unos 2300 años luz de distancia.
Aunque pensábamos que debía haber otros planetas alrededor de otras estrellas, y franquicias enteras de ciencia ficción se basaron en la idea, no lo sabíamos con seguridad y no podíamos asumir que era cierto. Una mirada rápida a la historia humana muestra cuán equivocadas pueden ser nuestras suposiciones sobre la naturaleza.
Desde entonces, gracias en gran parte a las misiones Kepler y TESS de la NASA, una avalancha de descubrimientos de exoplanetas ha confirmado nuestras suposiciones sobre planetas en otros sistemas solares. Pero aunque asumimos que otros sistemas solares serían muy parecidos al nuestro, no teníamos nada más para guiarnos, los más de 5000 exoplanetas que hemos descubierto nos han demostrado la locura de nuestras suposiciones.
No se nos puede culpar por suponer que otros sistemas solares serían similares al nuestro. Tiene sentido que los planetas rocosos estén más cerca de la estrella y que los gigantes gaseosos y los gigantes de hielo estén más lejos. Incluso el bonito y ordenado límite proporcionado por el cinturón principal de asteroides tiene sentido. También tiene sentido que los planetas orbiten alrededor de su estrella en la eclíptica con una pequeña variación, al igual que los planetas de nuestro sistema.
Pero en cambio, los astrónomos han encontrado una preponderancia de gigantes gaseosos, incluidos los Júpiter calientes. De hecho, el primer exoplaneta descubierto alrededor de una estrella similar al Sol fue un Júpiter caliente que orbitó su estrella en solo cuatro días. Mucho de eso se puede atribuir al sesgo de detección en el método de tránsito, que representa la mayoría de las detecciones de planetas.
Nuestras suposiciones sobre sistemas solares ordenados similares al nuestro ahora están bien en nuestro espejo retrovisor, ya que hemos descubierto exoplanetas en órbitas muy excéntricas, exoplanetas en lugares que nunca esperábamos, como en órbita alrededor de enanas blancas, y planetas tan extraños que lluvia de hierro fundido podría caer del cielo.
Pero hay una subclase de exoplanetas que está atrayendo más la atención de los científicos de exoplanetas. Estos planetas están en órbitas polares alrededor de sus estrellas. Un equipo de astrónomos ha encontrado otro, y el descubrimiento pide una explicación.
Los astrónomos usan el efecto Rossiter-McLaughlin para determinar en qué dirección gira una estrella y si un exoplaneta está en una órbita polar. Se basa en corrimiento al rojo y corrimiento al azul. El lado de una estrella que gira hacia nosotros se acerca a nosotros y la luz de esa parte del sol cambiará a azul. El lado que gira alejándose de nosotros cambia su luz al rojo. A medida que un planeta transita frente a la estrella, afecta el cambio y los astrónomos pueden medir el efecto.
Los investigadores presentaron su trabajo en un nuevo artículo que se publicará en la revista Astronomy and Astrophysics. Se titula “Un planeta polar hinchado: el Júpiter TOI-640 b caliente y de baja densidad está en una órbita polar”. El autor principal es Emil Knudstrup, Ph.D. estudiante del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Aarhus, Dinamarca. Otro de los autores, Simon Albrecht, es conocido por investigar exoplanetas en órbitas polares y es autor y coautor de otros artículos sobre el tema.
TOI-640 es una estrella de tipo F de secuencia principal. Es aproximadamente 1,5 veces más masivo que el sol y aproximadamente el doble del radio. La estrella tiene unos 2 mil millones de años y está a unos 1115 años luz de nosotros. TOI-640 es una estrella binaria y su compañera es una enana roja.
TOI-640 b es un Júpiter caliente e hinchado. Tiene alrededor del 60% de la masa de Júpiter y un radio de alrededor de 1,7 de Júpiter. Pero lo que destaca al planeta es su oblicuidad estelar. La oblicuidad estelar es la diferencia entre el eje de giro de una estrella y la órbita de sus planetas. TOI-640 tiene una oblicuidad estelar de 184 ± 3°. Eso significa que el planeta TOI-640 b está en una órbita polar alrededor de la estrella.
Y TOI-640 b no es el único.
Hay demasiados planetas como este para simplemente ignorarlos como irregularidades. La investigación muestra que mientras la mayoría de los Júpiter calientes siguen órbitas alineadas con su estrella, un número significativo tiene órbitas desalineadas. Aquellos con órbitas desalineadas tienden a tener órbitas polares.
Es interesante que las órbitas desalineadas no abarquen el rango de oblicuidades. En cambio, tienden a agruparse en órbitas polares, lo que no puede ser una casualidad. En un artículo de 2021 titulado “Una preponderancia de planetas perpendiculares”, los autores escribieron que “la acumulación de órbitas polares es una pista sobre los procesos desconocidos de excitación y evolución de la oblicuidad”.
En el mismo artículo de 2021, los investigadores describieron cuatro posibles causas de los planetas en órbitas polares y por qué hay una tendencia a que los planetas desalineados entren en órbitas polares.
Disipación de marea: los astrónomos creen que TD generalmente amortiguará la oblicuidad, pero en algunos casos, puede hacer que la oblicuidad permanezca en 90°. Eso sucede cuando el amortiguamiento está dominado por la disipación de las ondas de inercia impulsadas en la zona convectiva por las fuerzas de Coriolis. Pero algunas estrellas con planetas en órbitas polares carecen de zonas convectivas y otras tienen separaciones tan amplias entre ellas y sus planetas que el efecto de TD es insignificante.
Mecanismo de Kozai: Son interacciones entre una estrella y su planeta y un tercer cuerpo llamado perturbador. Puede afectar la inclinación y la excentricidad e incluso puede cambiar los planetas a órbitas retrógradas o progradas. TOI-640 tiene una estrella asociada enana roja que podría actuar como un perturbador.
Cruce de resonancia secular: esto tiene lugar al principio de la historia del sistema solar cuando el disco aún es prominente. La resonancia entre el planeta en tránsito y un compañero exterior disminuye la masa del disco. Excita la inclinación del planeta interior y lo empuja a 90°.
Deformación magnética: esto puede inclinar todo el disco protoplanetario hacia una orientación perpendicular. Pero otras cosas pueden contrarrestarlo, como el frenado magnético y los vientos de disco.
Los autores señalan que estos mecanismos pueden explicar algunas de las órbitas polares que ven, pero no todas. “Si bien estos mecanismos podrían explicar partes de la distribución observada, no parecen ser capaces de reproducir completamente las observaciones individualmente”, escriben.
Pero todos estos mecanismos pueden explicar los planetas en órbitas polares. La naturaleza no necesita depender de uno solo de ellos. “Sería interesante aumentar el tamaño de la muestra y expandir el espacio de parámetros para tratar de descifrar si estos mecanismos funcionan o no en tándem en diferentes tipos de sistemas que albergan diferentes tipos de planetas”, escriben.
A medida que los astrónomos aprendan más sobre otros sistemas solares, los detalles de qué mecanismos dominan en qué momentos y bajo qué condiciones se harán más claros. Tal vez sus descubrimientos pondrán a prueba más de nuestras suposiciones sobre otros sistemas solares.
Con información The Astrophysical Journal Letters
