Con solo el 1% de la edad del sol, el sistema binario DS Tuc nos muestra cómo un planeta podría desarrollarse naturalmente antes de que su órbita sea perturbada por fuerzas externas.

Un planeta joven ubicado a 150 años luz de distancia les ha dado a los astrofísicos de la UNSW Sydney una rara oportunidad de estudiar un sistema planetario en ciernes.

Los resultados, publicado recientemente en el Diario astronómico , sugieren que el planeta DS Tuc Ab, que orbita una estrella en un sistema binario, se formó sin ser fuertemente impactado por la atracción gravitacional de la segunda estrella.

"Esperábamos que el tirón de la segunda estrella inclinara el disco giratorio de gas y polvo que una vez rodeó a la estrella principal, un proceso que sesgaría la órbita del planeta, "dice el Dr. Benjamin Montet, Miembro de Scientia de la UNSW Sydney y autor principal del estudio.

"Asombrosamente, no encontramos evidencia de que la órbita del planeta se haya visto afectada. También descubrimos que el planeta se formó a través de procesos relativamente tranquilos, lo que significa que podría ser posible que planetas similares a la Tierra sobrevivieran en sistemas binarios como este ".

El Dr. Montet trabajó con un equipo internacional de investigadores en los Telescopios de Magallanes ubicados en el Observatorio Las Campanas en Chile. Utilizaron el espectrógrafo Planet Finder para medir el efecto Rossiter-McLaughlin, que es el ángulo relativo entre la órbita del planeta y el giro de su estrella.

Descubrieron que el planeta DS Tuc Ab orbita su estrella en un plano relativamente plano, aproximadamente a 12 grados de inclinación desde el eje de rotación de la estrella. Esta baja inclinación, llamada oblicuidad, sugiere que el tirón de la estrella compañera no inclinó significativamente la órbita del disco protoplanetario donde se formó DS Tuc Ab.

Si bien los planetas del sistema solar tienen una baja oblicuidad, es inusual para planetas como DS Tuc Ab.

"La mayoría de los planetas similares orbitan su estrella en ángulos aleatorios, a veces alcanzando hasta 90 grados por encima del eje de su estrella, "Dice el Dr. Montet.

"El sistema DS Tuc es la primera evidencia de que los ángulos orbitales más altos no se definen al principio de la vida de una estrella; son un efecto que solo ocurre más adelante".

A los 40 millones de años, el gigante gaseoso DS Tuc Ab se considera un "preadolescente" en los años planetarios. Hay menos de diez planetas que conocemos que sean tan jóvenes.

Su edad es una oportunidad única para que los astrofísicos estudien un sistema en desarrollo antes de que interfieran las influencias externas.

"Para saber cuánto duran los sistemas planetarios, necesitamos sistemas que sean demasiado jóvenes para pasar por interacciones dinámicas, pero lo suficientemente mayor para haber formado planetas. El sistema DS Tuc está exactamente en ese nicho, "Dice el Dr. Montet.

DS Tuc Ab:un "Neptuno caliente"

El planeta DS Tuc Ab es un planeta gaseoso del tamaño de Neptuno que orbita su estrella de manera cercana y rápida; una vuelta alrededor de su estrella toma solo 8.1 días. Este tipo de planetas se conocen como "Hot Neptunes" por su alta velocidad y proximidad a sus estrellas.

Los Neptunes calientes no se parecen a nada que tengamos en el sistema solar.

Incluso el planeta más pequeño y más cercano a nuestro sol, Mercurio, tarda casi 100 días en completar su órbita. Nuestro planeta gaseoso más cercano, Júpiter, tarda más de 4300 días.

Es poco probable que los planetas gigantes de gas se desarrollen cerca de sus estrellas. El entendimiento actual es que se forman más lejos y, tiempo extraordinario, una fuerza hace que se acerquen más a sus estrellas.

Los científicos quieren saber cuál es esa fuerza.

"Hay dos teorías principales sobre cómo Hot Neptunes llegó a estar tan cerca de sus estrellas, "dice el Dr. Montet.

"Una teoría es que una fuerza externa, potencialmente una colisión cercana de varios cuerpos, los 'empuja' más hacia adentro, donde se tambalean y finalmente se establecen en una nueva órbita.

"Otra teoría es que los procesos suaves dentro del disco planetario crean una fuerza que acerca gradualmente al planeta a la estrella".

Probar la oblicuidad puede ayudar a los científicos a descubrir qué fuerza estaba en juego. Se entiende que los planetas con baja oblicuidad están formados por procesos de discos suaves, mientras que los procesos más dramáticos conducirán a oblicuidades altas o aleatorias.

Sin embargo, Los astrofísicos han estado recientemente intrigados por la sugerencia de que las estrellas binarias anchas pueden inclinar la órbita de los planetas jóvenes alrededor de sus estrellas, mientras que este proceso sería suave, daría lugar a planetas con elevadas inclinaciones orbitales.

"Si es verdad, ¡esto cambiaría nuestra teoría de la formación de planetas! ", dice el Dr. Montet.

Si bien esa teoría no fue apoyada por la baja oblicuidad de DS Tuc Ab, Los científicos están mirando hacia los cielos en busca de sistemas binarios más jóvenes para probar.

La próxima generación de sistemas planetarios

Cuando se trata de aprender de los sistemas estelares, muchos de los sistemas que podemos observar hoy proporcionan una historia inexacta del pasado del sistema.

"Los sistemas actuales no son puros laboratorios, "dice el Dr. Montet.

"Durante miles de millones de años, Las interacciones planeta-planeta y planeta-estrella pueden dispersarse, esfuerzo de torsión, emigrar, y perturbar las órbitas, haciendo que lo que vemos hoy sea muy diferente a cómo se formaron inicialmente ".

Los planetas tardan entre 10 y 100 millones de años en formarse, pero la mayoría de los planetas visibles desde la Tierra son mucho más antiguos. El sistema DS Tuc tiene 45 millones de años, solo el 1% de la edad del sol.

"DS Tuc Ab está en una edad interesante, "dice el Dr. Montet." El disco protoplanetario se ha disipado, y podemos ver el planeta, pero todavía es demasiado joven para que la órbita de otras estrellas distantes manipule su trayectoria.

"Nos da la oportunidad de comprender la dinámica de formación de planetas de una manera que no lo hace una estrella de cinco mil millones de años".

DS Tuc A es la estrella más joven para la que se ha medido la alineación de giro-órbita.

Buscando los cielos

DS Tuc Ab solo es visible desde el hemisferio sur. Fue descubierto el año pasado a través de la misión Satélite de reconocimiento de exoplanetas en tránsito (TESS) de la NASA, una misión de reconocimiento de todo el cielo que tiene como objetivo descubrir miles de exoplanetas cerca de estrellas brillantes.

Montet trabajó en estrecha colaboración con investigadores de las universidades de Harvard y Carnegie, que también midió la oblicuidad de DS Tuc Ab pero utilizó el método de tomografía Doppler.

"Las primeras búsquedas de exoplanetas se realizaron en instalaciones del hemisferio norte, y por eso se perdieron muchos de los planetas del lejano sur, "dice el Dr. Montet.

"La misión TESS de la NASA está cambiando eso. Está encontrando todos estos planetas alrededor de estrellas que antes no habían sido buscados".

El Dr. Montet y su equipo están liderando un esfuerzo para encontrar y caracterizar más planetas alrededor de estrellas jóvenes. Esperan estudiar cómo la actividad estelar, como llamaradas estelares y manchas estelares, podría afectar la detección de planetas y la habitabilidad.

"Encontrar planetas jóvenes es un desafío. Realmente necesitamos comprender el comportamiento de la estrella madre para poder encontrar las señales superficiales de estos planetas que pueden verse abrumados por las manchas estelares y las llamaradas". "dice Adina Feinstein, becario de investigación de posgrado de la National Science Foundation de la Universidad de Chicago y coautor del estudio.

"No hay ninguna razón por la que los planetas similares a la Tierra no puedan formarse y sobrevivir en sistemas de Neptuno Caliente como este, "Dice el Dr. Montet.

"Solo tenemos que salir y encontrarlos".