Una danza cósmica revela un sistema de seis planetas orbitando una estrella brillante

Un equipo científico internacional, con participación del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), publica hoy en Nature el hallazgo de un sistema de seis planetas que giran alrededor de HD110067, una estrella similar al Sol, en la constelación boreal de la Caballera de Berenice. Se trata del sistema con más de cuatro planetas más brillante conocido, que resulta particular porque todos sus miembros giran alrededor de la estrella en órbitas sincronizadas, o en resonancia, algo que raramente se observa y que constituye un indicio de que el sistema mantiene la misma configuración que cuando se formó hace miles de millones de años.

Los planetas del sistema HD110067 giran alrededor de la estrella en una danza muy precisa: el planeta más cercano a la estrella completa tres órbitas a su alrededor por cada dos del siguiente, lo que se denomina resonancia 3:2. Un patrón que se repite entre los cuatro planetas más cercanos, mientras que los más alejados presentan una resonancia de 4:3, o de cuatro órbitas por cada tres del siguiente planeta. Trazan así una cadena de resonancias cuyo ritmo constante permitió revelar el sistema al completo.

Los seis planetas del sistema HD 110067 crean un patrón geométrico fascinante debido a su cadena de resonancia. Imagen: Thibaut Roger (NCCR PlanetS).

La danza planetaria

En 2020, el satélite TESS de la NASA detectó descensos periódicos en el brillo de HD110067 que indicaban la presencia de planetas transitando por delante de la estrella. Un análisis preliminar reveló dos posibles planetas y, dos años después, TESS volvió a observar la misma estrella. El análisis de los conjuntos de datos combinados descartó la interpretación original, pero presentó dos posibles planetas diferentes. Si bien estas detecciones fueron más fiables que las originales, los datos presentaban aún incongruencias.

Rafael Luque, investigador español en la Universidad de Chicago que encabeza el trabajo, decidió utilizar Cheops, otro telescopio espacial de la Agencia Espacial Europea (ESA), para estudiar mejor el sistema. Sus esfuerzos dieron frutos: no solo confirmaron un tercer planeta, sino que hallaron la clave para desbloquear el sistema al completo al comprobar que los tres planetas se encontraban en resonancia orbital: el planeta exterior tarda 20,519 días en culminar una órbita alrededor de la estrella, lo que es muy cercano a 1,5 veces el período orbital del siguiente planeta, de 13,673 días. Y esto a su vez es casi 1,5 veces el período orbital del planeta interior, de 9,114 días. Predecir otras resonancias orbitales y compararlas con todo el conjunto de datos permitió al equipo descubrir los otros tres planetas del sistema.

El sistema inalterado

Sabemos que los planetas tienden a formarse en resonancia, una configuración que puede perturbarse fácilmente debido, por ejemplo, a la existencia de un planeta muy masivo (como Júpiter en nuestro Sistema Solar), a un encuentro cercano con una estrella o un impacto. Como resultado, los sistemas multiplanetarios que conservan su resonancia son raros, y su detección resulta importante porque aportan información esencial sobre la formación y posterior evolución del sistema planetario.

«Creemos que solo alrededor del uno por ciento de todos los sistemas permanecen en resonancia», apunta Rafael Luque (U. Chicago). «El sistema de HD110067 constituye una rareza que nos muestra la configuración prístina de un sistema planetario que ha sobrevivido intacto».

«El universo nos demuestra que nuestro Sistema Solar no parece ser la norma en lo que a la formación de planetas se refiere, y una vez más nos da un ejemplo de la gran variedad de sistemas planetarios que existen. Este, además de su interés para entender cómo se forman y evolucionan, quizá nos pueda aportar información adicional sobre por qué nuestro sistema planetario es como es», concluye Pedro J. Amado, investigador del IAA que participa en el hallazgo.

Las observaciones combinadas con CARMENES y HARPS-N, otro espectrógrafo de alta resolución en un telescopio de tamaño similar al de 3.5 m en CAHA, proporcionaron finalmente unas estimaciones de masa de los planetas: todos tienen alrededor de 4 a 8 masas terrestres, lo que implica que son de baja densidad (no rocosos), unas versiones reducidas de objetos gaseosos como Neptuno. Además, la cercanía a su estrella anfitriona implica que tienen una temperatura de equilibrio bastante alta, que oscila entre aproximadamente 170 °C para HD110067g (el más distante) y 530 °C para HD110067b (el más interno), siendo la temperatura real de la superficie probablemente más alta en caso de tener atmósferas (densas) esos planetas.

HD110067 es el sistema más brillante conocido con cuatro o más planetas. Dado que todos esos planetas tienen un tamaño menor que Neptuno y atmósferas probablemente extendidas, los convierte en candidatos ideales para estudiar la composición de sus atmósferas utilizando el Telescopio Espacial James Webb y los futuros telescopios Ariel y PLATO de la ESA.

Mientras tanto, este notable sistema planetario seguirá siendo monitoreado desde Calar Alto con el espectrógrafo CARMENES, para afinar las estimaciones de masa de los seis planetas conocidos y, tal vez, para descubrir otros nuevos, de largo período, en órbitas más externas, posiblemente ubicadas en la zona de habitabilidad alrededor de la estrella naranja HD110067.