En las últimas tres décadas, se han descubierto casi 4.000 objetos similares a planetas orbitando estrellas aisladas fuera del sistema solar (exoplanetas). A partir de 2011, fue posible utilizar el Telescopio Espacial Kepler de la NASA para observar los primeros exoplanetas en órbita alrededor de sistemas binarios jóvenes de dos estrellas vivas con hidrógeno aún en su núcleo.
Un equipo de astrónomos brasileños ahora han encontrado la primera evidencia de la existencia de un exoplaneta que orbita un binario más antiguo o más evolucionado en el que una de las dos estrellas está muerta.
Leonardo Andrade de Almeida, primer autor del artículo, dijo:
«Tuvimos éxito en obtener pruebas bastante sólidas de la existencia de un exoplaneta gigante con una masa casi 13 veces mayor que la de Júpiter en un sistema binario evolucionado. Esta es la primera confirmación de un exoplaneta en un sistema de este tipo».
Exoplaneta descubierto en Cygnus
Las variaciones en el tiempo de eclipse (el tiempo necesario para que cada una de las dos estrellas eclipse la otra) y el período orbital llevaron a los investigadores a descubrir el exoplaneta en el binario evolutivo llamado KIC 10544976, ubicado en la constelación de Cygnus en el hemisferio celeste norte.
Almeida dijo:
«Las variaciones en el período orbital de un binario se deben a la atracción gravitatoria entre los tres objetos, que orbitan alrededor de un centro de masa común».
Sin embargo, las variaciones del período orbital no son suficientes para probar la existencia de un planeta en el caso de las binarias, porque la actividad magnética de las estrellas binarias fluctúa periódicamente, al igual que el campo magnético del Sol cambia la polaridad cada 11 años, con turbulencia y el número y tamaño de las manchas solares alcanzan su punto máximo y luego disminuyen.
Almeida explicó:
«Las variaciones en la actividad magnética del Sol eventualmente causan un cambio en su campo magnético. Lo mismo ocurre con todas las estrellas aisladas. En las binarias, estas variaciones también causan un cambio en el período orbital debido a lo que llamamos el mecanismo de Applegate».
Observando la actividad magnética
Para refutar la hipótesis de que las variaciones en el período orbital de KIC 10544976 se debieron solo a la actividad magnética, los investigadores analizaron el efecto de la variación del tiempo de eclipse y el ciclo de actividad magnética de la estrella viva del binario.
KIC 10544976 consiste en una enana blanca, una estrella muerta de baja masa con una temperatura superficial alta, y una enana roja, una estrella viva (magnéticamente activa) con una masa pequeña en comparación con la del Sol y escasa luminosidad debido a la baja energía salida. Las dos estrellas fueron monitoreadas por telescopios terrestres entre 2005 y 2017 y por Kepler entre 2009 y 2013, produciendo datos minuto a minuto.
Almeida dijo:
«El sistema es único. Ningún sistema similar tiene datos suficientes para permitirnos calcular la variación del período orbital y la actividad del ciclo magnético para la estrella viva».
Estimando el ciclo magnético
Usando los datos de Kepler, pudieron estimar el ciclo magnético de la estrella viva (enana roja) en función de la velocidad y la energía de las erupciones (grandes erupciones de radiación electromagnética) y la variabilidad debida a los puntos (regiones de temperatura más fría de la superficie y, por lo tanto, oscuridad) causada por diferentes concentraciones de flujo de campo magnético).
El análisis de los datos mostró que el ciclo de actividad magnética de la enana roja duró 600 días, lo que concuerda con los ciclos magnéticos estimados para las estrellas aisladas de baja masa. El período orbital del binario se estimó en 17 años.
Almeida dijo:
«Esto refuta completamente la hipótesis de que la variación del período orbital se debe a la actividad magnética. La explicación más plausible es la presencia de un planeta gigante que orbita el binario, con una masa aproximadamente 13 veces mayor que la de Júpiter».
Hipótesis de formación
Se desconoce cómo se formó el planeta que orbita el binario. Una hipótesis es que se desarrolló al mismo tiempo que las dos estrellas miles de millones de años atrás. Si es así, es un planeta de primera generación. Otra hipótesis es que se formó a partir del gas expulsado durante la muerte de la enana blanca, convirtiéndolo en un planeta de segunda generación.
La confirmación de su estado como planeta de primera o segunda generación y su detección directa a medida que orbita el binario se podría obtener utilizando la nueva generación de telescopios terrestres con espejos primarios que superan los 20 metros, incluido el Telescopio Gigante de Magallanes (GMT, por sus siglas en inglés) instalado en el desierto de Atacama de Chile. Se espera que el GMT vea la primera luz en 2024.
Almeida dijo:
«Estamos investigando 20 sistemas en los que cuerpos externos podrían mostrar efectos gravitacionales, como KIC 10544976, y la mayoría solo son observables desde el hemisferio sur. El GMT nos permitirá detectar estos objetos directamente y obtener respuestas importantes sobre la formación y evolución de estos ambientes exóticos, así como la posibilidad de vida allí».
Los hallazgos se acaban de publicar en The Astronomical Journal.