A revista Nature publica esta semana o descubrimento de seis exoplanetas que orbitan ao redor dunha estrela próxima similar ao Sol chamada HD 110067. Está situada na constelación Coma Berenices, a uns 100 anos luz de distancia, e é visible desde o hemisferio norte da Terra.

O estudo, liderado polo astrofísico Rafael Luque da Universidade de Chicago (EE UU), foi posible grazas ás observacións do Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA e o CHaracterising ExOPlanets Satellite (CHEOPS) da ESA.

Os cambios de brillo en HD 110067 e outros sinais detectados por estes e outros instrumentos permitiron confirmar a existencia dos seis planetas pasando por diante da súa estrela con órbitas resonantes, unha especie de ‘valse’ sincronizado.

Aínda que os sistemas multiplanetarios son comúns na nosa galaxia, os que se atopan nunha axustada formación gravitatoria coñecida como resonancia (órbitas sincronizadas dunha maneira particular) obsérvanse con moita menos frecuencia.

Neste caso, o planeta máis próximo á estrela realiza tres órbitas por cada dúas do seguinte planeta, o que se denomina resonancia 3/2, un patrón que se repite entre os catro planetas máis próximos. No caso dos outros planetas máis afastados, trátase de catro órbitas por cada tres do planeta seguinte, unha resonancia 4/3.

Os sistemas orbitais resonantes como este son extremadamente importantes porque informan os astrónomos sobre a formación e posterior evolución do sistema planetario.

Un sistema planetario fósil

Estes sistemas tenden a formarse en resonancia, pero poden ser perturbados facilmente. Por exemplo, un planeta moi masivo no sistema, un encontro próximo cunha estrela pasaxeira ou calquera tipo de fusión ou colisión poden alterar o delicado equilibrio. Por tanto, atopar un sistema resonante é como observar un sistema planetario fósil.

HD 110067 convida a seguir estudándoo, xa que nos mostra a configuración inalterada dun sistema planetario que mantivo a súa resonancia desde a súa formación: é probable que os planetas estivesen practicando esta mesma danza gravitatoria desde que se formou o sistema, fai máis de mil millóns de anos.

A misión CHEOPS foi clave para estudar o estraño sistema dos seis exoplanetas. *Foto:* ESA

Ademais, trátase do sistema máis brillante coñecido con catro ou máis planetas. Dado que todos estes planetas teñen un tamaño inferior a Neptuno e atmosferas probablemente extensas, son candidatos ideais para estudar a composición das súas atmosferas co telescopio espacial James Webb da NASA, a Axencia Espacial Europea (ESA) e a Axencia Espacial Canadense (CSA).

Participación española

Neste estudo participaron diversos centros de investigación españois: o Instituto de Ciencias do Espazo (ICE-CSIC), o Instituto de Estudios Espaciais de Catalauña (IEEC), o Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), o Centro de Astrobioloxía (INTA-CSIC) e o Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC).

Juan Carlos Morales, Guillem Anglada-Escudé e Ignasi Ribas, do ICE-CSIC e o IEEC, achegaron observacións realizadas con CARMENES, o instrumento de procura de exoplanetas do Observatorio de Calar Alto codesarrollado polo IAA.

Tamén colaboraron programando as observacións co planificador deste instrumento, baseado no software Stars, unha solución de intelixencia artificial para a planificación de operacións de misións espaciais e instrumentos astronómicos desenvolvida polo ICE-CSIC, o IEEC e o Instituto de Ciencias do Cosmos da Universidade de Barcelona (ICCUB).

“As observacións espectroscópicas de alta resolución de CARMENES ao longo dun ano, xunto coas do espectrógrafo HARPS-N, utilizáronse para determinar a masa de tres dos planetas do sistema e marcar uns límites estritos para as demais, revelando que son o que chamamos planetas de clase subneptuno”, explica Morales.

Estes subneptunos, planetas con radios comprendidos entre o da Terra e o de Neptuno, atópanse en órbitas próximas en máis da metade das estrelas similares ao Sol, pero non se coñecen ben os detalles da súa composición, formación e evolución.

A historia detectivesca do descubrimento

O descubrimento destes planetas lembra a unha historia de detectives. As primeiras pistas procederon do satélite TESS da NASA, cuxo obxectivo é examinar todo o ceo pedazo a pedazo para atopar exoplanetas de período pequeno (anos curtos). En 2020, detectou descensos no brillo da estrela HD 110067, o que indicaba o paso de planetas por diante da súa superficie. Estas pequenas eclipses son o que os astrónomos chaman tránsitos.

Dous anos despois, TESS volveu observar a mesma estrela. Sumando ambos os conxuntos de medicións, os científicos dispoñían dun abano de tránsitos para estudar. Pero era difícil distinguir cantos planetas representaban, ou precisar as súas órbitas. Os dous conxuntos de observacións parecían discrepar entre si.

“Foi entón cando decidimos utilizar CHEOPS”, lembra Luque. Este Satélite de Caracterización de Exoplanetas é a primeira misión da ESA dedicada a estudar estrelas brillantes e próximas das que xa se sabe que albergan exoplanetas, e que conta coa participación do ICE-CSIC e o IEEC. “Fomos a pescar sinais entre todos os períodos potenciais que eses planetas podían ter”, explica o primeiro autor.

Movemento orbital dos seis planetas en relación cun só ano do planeta c. Por cada rotación de 360 grados arredor de HD110067 desde este planeta, o planeta b móvese 540 grados, o planeta d 240, o planeta e 160, o planeta f 120 e o planeta g 90 grados. / Foto: Dr. Hugh Osborn (Universidade de Bern)

Finalmente, os astrónomos identificaron os dous planetas máis interiores, con períodos orbitais de nove días para o máis próximo e de 14 días para o seguinte. Un terceiro planeta, cun ano duns 20,5 días, foi identificado coa axuda dos datos tamén do satélite europeo.

Entón, os científicos observaron algo extraordinario: as órbitas dos tres planetas coincidían co que cabería esperar se estivesen fixados nunha resonancia 3/2. Atoparan a clave para desvelar todo o sistema.

Os investigadores repasaron unha coñecida lista de resonancias que poderían darse neste tipo de sistemas, tratando de facelas coincidir co resto de tránsitos que captara TESS. Así, puideron predicir que os tres planetas exteriores teñen períodos orbitais de 31, 41 e 55 días.

“CHEOPS proporcionounos esta configuración resonante que nos permitiu predicir todos os demais períodos. Sen esa detección, sería imposible”, recoñece Luque.

Con todo, as observacións de TESS que tiñan algunha posibilidade de confirmar as órbitas preditas dos dous planetas máis externos deixáronse de lado durante o procesamento, xa que presentaban un exceso de luz dispersa.

Unha nova análise dos datos para corrixir este exceso de luz revelou dous tránsitos ocultos, un para cada un dos planetas, exactamente nos momentos esperados polas predicións. Finalmente, encaixaban todas as pezas do crebacabezas.

“O universo demóstranos que o noso Sistema Solar non parece ser a norma no que á formación de planetas se refire, e unha vez máis nos dá un exemplo da gran variedade de sistemas planetarios que existen. Este, ademais do seu interese para entender como se forman e evolucionan, quizá nos poida achegar información adicional sobre por que o noso sistema planetario é como é”, conclúe outro dos autores, Pedro J. Amado, investigador do IAA.