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Descubren un nuevo sistema extrasolar con dos planetas que interactúan

Rodrigo Díaz, investigador de la Escuela de Ciencia y Tecnología de la UNSAM, tuvo un rol central en la colaboración internacional que detectó y caracterizó un interesante sistema de planetas alrededor de la estrella WASP-148. El hallazgo fue publicado en la revista Astronomy & Astrophysics.

Por Alejandro Zamponi. Foto: Institut d’Astrophysique de Paris

Desde el descubrimiento en 1995 del primer planeta extrasolar, los planetas que orbitan alrededor de estrellas que no son nuestro Sol ocupan la atención de  numerosos estudios científicos. Días atrás, una colaboración internacional liderada por  el Instituto de Astrofísica de París (Francia) anunció el descubrimiento del sistema extrasolar WASP-148 en un artículo publicado por  la prestigiosa revista Astronomy & Astrophysics. El sistema es particularmente interesante porque contiene dos planetas cuyas fuerzas gravitacionales interactúan entre sí y porque es la primera vez que un hallazgo de este tipo se concreta  a partir de observaciones hechas desde telescopios en el planeta Tierra.

“Se trata de dos planetas gigantes: el WASP-148b, que pasa frente a su estrella cada 8,8 días, y el WASP-148c, que tiene un período cuatro veces mayor. No es frecuente que planetas de tamaños comparables a los de Júpiter y Saturno se encuentren lo suficientemente cerca como para que la interacción de sus fuerzas gravitatorias pueda observarse desde la Tierra. Esta rareza hizo posible que halláramos el segundo planeta con observaciones hechas desde la Tierra”, explica  Rodrigo Díaz, investigador del CONICET en el Centro ICAS de la Escuela de Ciencia y Tecnología (ECyT) de la UNSAM y uno de los integrantes de la colaboración internacional.

La interacción de los planetas WASP-148b y WASP-148c es estable en escalas de tiempo largas, pero hace que sus órbitas difieran ligeramente de las órbitas puramente keplerianas (que recorren áreas iguales en tiempos iguales). En particular, el primer planeta muestra variaciones de alrededor de 15 minutos en el tiempo que requiere para dar una vuelta alrededor de su estrella. Esas variaciones y las variaciones en la velocidad de la estrella del sistema, de tipo solar, permitieron inferir la existencia de un segundo planeta.

Cómo fueron descubiertos

Cuando un único planeta orbita una estrella, completa la vuelta en un período de tiempo definido. Su paso frente a ella  genera una pequeña disminución en la luz que recibimos en la Tierra. A este fenómeno se lo denomina “tránsito planetario”. En el caso de un sistema con un único planeta,  dicho tránsito se reproduce a intervalos regulares de tiempo, lo que permite medir el período orbital del planeta de manera adecuada. Pero si alrededor de la estrella orbita un segundo planeta, la interacción gravitatoria entre ambos planetas causa pequeños cambios de velocidad y de trayectoria en sus órbitas. Esto genera, a su vez, que los tránsitos no se produzcan a intervalos exactamente regulares, sino que algunos ocurran algunos minutos antes o después de lo esperado. Este fenómeno es llamado “variaciones del tiempo de tránsito” (TTVs, por sus siglas en inglés).

Predichas desde el punto de vista teórico, las TTVs permanecieron durante mucho tiempo sin ser observadas, a pesar de las numerosas búsquedas con telescopios instalados en la Tierra (las TTVs pueden ser de pocos segundos o menos, lo que dificulta su detección). El observatorio espacial Kepler fue el primero en detectar TTVs en un sistema de exoplanetas en 2010 y luego se detectaron una docena, todos con telescopios en el espacio.

La detección del sistema planetario WASP-148 se hizo en etapas y con diferentes técnicas de observación. El primer planeta fue identificado por su tránsito planetario con el instrumento SuperWASP, instalado en las Islas Canarias. “Las curvas de luz nos sugerían la existencia de un planeta que pasaba frente a la estrella WASP-148, pero con esta técnica abundan los casos de ‘falsos positivos’”, cuenta Díaz, que amplía: “En muchas ocasiones, hay variaciones de luz que son causadas por fenómenos diferentes al tránsito de un planeta. Por eso, además utilizamos una técnica complementaria: calculamos las velocidades radiales”.

Desde 2014, la estrella anfitriona fue observada con el espectroscopio SOPHIE, instalado en el Observatoire de Haute-Provence (Francia), que permitió medir las variaciones en la velocidad de la estrella. Esas observaciones condujeron a la conclusión de que la estrella albergaba un primer planeta WASP-148b, de un tamaño y masa similar a Saturno y un período orbital de 8.8 días. Las observaciones también revelaron un segundo planeta alrededor de la estrella WASP-148c, con una masa equivalente a  la mitad de Júpiter y un período orbital de 34,5 días, casi cuatro veces más que el del primer planeta. Se detectaron además TTVs mediante pequeños telescopios ubicados en las Islas Canarias y Francia.

 

Buscar planetas en el universo

En esta entrevista, Rodrigo Díaz cuenta cuál fue su participación en la colaboración internacional que permitió descubrir el nuevo sistema extrasolar.

 ¿Cómo llegaste al  proyecto?

Soy miembro del grupo que hace las mediciones de velocidad radial, de forma que participé de las observaciones que hicimos entre 2014 y 2018 y que en conjunto son 116 mediciones. Pero además hice el análisis de todos los datos, lo que nos permitió inferir cómo es el tamaño de los planetas, sus masas, etc.

¿Qué  parte de la investigación te resultó más emocionante?

En octubre de 2019 fui a trabajar una semana a París para avanzar con este trabajo. En ese momento, encontramos que no podíamos ajustar los datos con una órbita regular. Revisamos los códigos, los relojes de los telescopios, porque todo podía ser fuente de una equivocación. Pero nada fallaba: tuvimos que concluir que era una variación real y eso fue muy emocionante. En algunos de mis primeros trabajos me dediqué a buscar este tipo de fenómenos. Hace más de 10 años estaba en boga esta idea de que uno podía detectar planetas sin verlos, tan solo midiendo las TTvs. Pasé buenos años de mi tesis doctoral buscando un sistema como este. Emocionándome porque lo había encontrado y desilusionándome porque en realidad no. Es decir que tengo una historia personal con esto. Cuando llegamos a la conclusión de que habíamos detectado irregularidades en el tránsito del planeta interno fue muy emocionante.

¿Cómo fue el hallazgo?

Se encontró primero un planeta por fotometría y luego se buscó confirmar que se trataba efectivamente de un planeta y no de un falso positivo, los cuales abundan. Buscando esa confirmación, usando la técnica de velocidades radiales o de espectrometría, encontramos que los movimientos de la estrella correspondían a la presencia de dos planetas. Después encontramos que, para hacer un análisis de los datos que teníamos del primer planeta, necesitábamos incluir la influencia del segundo planeta. Si por alguna razón no hubiéramos encontrado al segundo planeta al hacer las mediciones de velocidad radial, o si no las hubiéramos hecho, el primer planeta llevaría consigo la pista de la existencia de un segundo planeta. Pero no fue así el proceso.

Primero observamos la estrella WASP-148 con varios telescopios desde la Tierra. Encontramos que las fluctuaciones de luz causadas por los tránsitos planetarios no ocurrían a intervalos regulares. Algunos se atrasaban más de 20 minutos, otros se adelantaban unos 10 minutos. Los datos solo cerraban suponiendo la existencia de un segundo planeta. Para confirmarlo hicimos simulaciones numéricas. Diseñamos distintos modelos para ver si alguno generaba el mismo tipo de efectos. Lo que varía entre los modelos son parámetros que no conocemos, como la inclinación del segundo planeta.

Las mediciones se hicieron a lo largo de 10 años. ¿Es mucho o poco tiempo para este tipo de hallazgos?

Es algo que suele llamar la atención cuando presento el tema a personas que no son colegas. Para hacer este tipo de observaciones hay dos opciones: o te concentrás durante poco tiempo solo en un sistema, lo que implicaría descuidar muchos otros sistemas, o lo vas observando intermitentemente a lo largo de mucho tiempo, que es lo que se suele hacer porque, a la vez, te permite sondear otras cosas. Las 116 mediciones que obtuvimos en cuatro años las podríamos haber obtenido en dos semanas, pero no es lo más eficiente, dado que también se perdería el comportamiento general de la estrella.

Y la investigación sigue: hoy el sistema multiplanetario WASP-148 está siendo observado desde el telescopio espacial TESS de la NASA para confirmar la existencia del planeta “c” por fotometría.

Nota actualizada el 3 de julio de 2020

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