La última década ha visto una bonanza de descubrimientos de exoplanetas. Cerca de 2.000 exoplanetas – planetas fuera de nuestro Sistema Solar – se han confirmado hasta el momento, y se han identificado más de 5.000 candidatos a exoplanetas. Muchos de estos mundos exóticos pertenecen a una clase conocida como “Júpiter calientes”. Estos son gigantes gaseosos como Júpiter, pero mucho más calientes, con órbitas que los llevan “febrilmente” cerca de sus estrellas.
En un primer momento, los Júpiter calientes fueron considerados una rareza, ya que no tenemos nada parecido en nuestro propio Sistema Solar. Pero a medida que fueron encontrados más, además de muchos otros planetas más pequeños que orbitan muy cerca de sus estrellas, nuestro Sistema Solar comenzó a parecer como el desajuste real.
“Pensábamos que nuestro Sistema Solar era normal, pero eso no es el caso”, dijo el astrónomo Greg Laughlin de la Universidad de California, Santa Cruz, co-autor de un nuevo estudio del telescopio espacial Spitzer de la NASA que investiga la formación de los Júpiter calientes.
Los Júpiter calientes conocidos ahora por lo comunes que son, todavía están envueltos en el misterio. ¿Cómo se formaron estos orbes masivas, y cómo terminan de manera sorprendentemente cerca de sus estrellas?
Con el telescopio Spitzer se encontraron nuevas pistas mediante la observación de un Júpiter caliente conocido como HD 80606b, situado a 190 años luz de la Tierra. Este planeta es inusual, ya que tiene una órbita muy excéntrica casi como la de un cometa, pasando muy cerca de su estrella y luego de vuelta yendo a distancias mucho mayores una y otra vez cada 111 días. Un lado del planeta se piensa es calentado de manera espectacular más que el otro durante sus aproximaciones cercanas . De hecho, cuando el planeta está más cerca de su estrella, el lado orientado hacia la estrella se calienta rápidamente hasta más de 2.000 grados Fahrenheit (1.100 grados Celsius).
“A medida que el planeta se acerca más a la estrella, se siente una ráfaga de luz de la estrella, o radiación. El ambiente se convierte en un caldero de las reacciones químicas, y los vientos trepan mucho más allá de la fuerza de huracanes”, dijo Laughlin, un co-autor del estudio Spitzer , el cual fue aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal Letters.
80606b HD se cree que está en el proceso de migración desde una órbita más distante a una mucho más estrecha típica de Júpiter calientes. Una de las principales teorías de la formación de Júpiter calientes sostiene que los gigantes gaseosos en órbitas distantes se convierten en Júpiter calientes cuando las influencias gravitacionales de estrellas o planetas cercanos los conducen a órbitas más estrechas. Los planetas comienzan en órbitas excéntricas, a continuación, durante un período de cientos de millones de años, se cree que migran gradualmente hacia abajo a órbitas cercanas a la estrella y circulares.
“Este planeta se cree que fue observado en el acto de migrar hacia el interior”, dijo Julien de Wit del Instituto de Tecnología de Massachusetts enCambridge, autor principal del nuevo estudio . “Mediante el estudio de esta migración, somos capaces de poner a prueba las teorías de la formación de los Júpiter calientes”.
Se estudió previamentea HD 80606b con el Spitzer en el 2009. Las últimas observaciones son más detalladas, gracias a un mayor tiempo de observación – 85 horas – y mejoras en la sensibilidad de Spitzer para detectar exoplanetas.
“Los datos de Spitzer son vírgenes”, dijo de Wit. “Y hemos sido capaces de observar el planeta durante mucho más tiempo esta vez, lo que nos da una visión más clara de su temperatura más fría y la rapidez con que se calienta, se enfría y rota.”
Una cuestión clave que aborda el nuevo estudio es: ¿Cuánto tiempo le toma a HD 80606b migrar desde una órbita excéntrica a una circular? Una forma de evaluar esto es mirar que tan “esponjoso” es el planeta. Cuando HD 80606b pasa cerca de su estrella, la gravedad de la estrella lo deforma aplastándolo. Si el planeta es esponjoso, o más flexible, puede disipar mejor esta energía gravitacional en forma de calor. Y cuanto más calor se disipa, más rápido pasará el planeta a una órbita circular, un proceso conocido como circularización.
“Si se toma una pelota de goma o espuma y se aprieta muy rápido un montón de veces , verá que se calienta”, dijo Laughlin. “Eso es porque la pelota es buena en la transferencia de esa energía mecánica en calor.”
Los resultados del Spitzer muestran que HD 80606b no disipa mucho calor cuando se aplasta por gravedad durante sus pasajes cercanos a la estrella – y por lo tanto no es esponjoso, sino más bien más rígido en su conjunto. Esto sugiere que la órbita del planeta no se circularizará tan rápido como se esperaba, y puede tardar otros 10 mil millones de años o más en completarse.
“Estamos empezando a aprender tiempo puede tomar la migración de Júpiter caliente “, dijo de Wit. “Nuestras teorías sugerían que no debería tomar mucho tiempo porque no vemos la migración de Júpiter calientes muy a menudo.”
“Las grandes escalas de tiempo que estamos observando aquí sugieren que un mecanismo que dirige la migración puede no ser tan eficaz para la formación de Júpiter calientes como se pensaba”, dijo Laughlin.
El estudio con los datos del Spitzer sugiere que las teorías que compiten para explicar la formación de Júpiter calientes – en el que los gigantes gaseosos se forman “in situ”, o cerca de sus estrellas, o se mueven suavemente en espiral hacia adentro con la ayuda de los discos de formación planetaria – pueden ser más adecuados.
El nuevo estudio es también el primero en medir la velocidad de rotación de un exoplaneta orbitando una estrella similar al Sol. El Spitzer observó cambios en el brillo del planeta cuando el planeta giraba sobre su eje, encontrando un período de rotación de 90 horas.
“Hace cincuenta años, se estaban midiendo las velocidades de rotación de los planetas de nuestro propio Sistema Solar por primera vez. Ahora estamos haciendo lo mismo para los planetas que orbitan otras estrellas. Esto es bastante asombroso”, dijo Laughlin.
Una velocidad de rotación de 90 horas es mucho más lenta que lo que se predice para HD 80606b, lo que es desconcertante para los astrónomos, añadiéndose a la mística perdurable de los Júpiter calientes.
Los autores adicionales del estudio son: Nikole Lewis del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore; Jonathan Langton de Principia College, Elsah, Illinois; Drake Deming, de la Universidad de Maryland, College Park; Konstantin Batygin del Instituto de Tecnología de California, Pasadena; y Jonathan Fortney, de la Universidad de California, Santa Cruz.
El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, dirige la misión Spitzer para el Directorio de Misiones Científicas de la NASA, en Washington. Las operaciones científicas se llevan a cabo en el Centro de Ciencia Spitzer en Caltech. Las operaciones del satélite se basan en Lockheed Martin Space Systems Company, Littleton, Colorado. Los datos se archivan en el Archivo Científico de infrarrojos con sede en el Centro de Análisis y Procesamiento Infrarrojo en Caltech. Caltech dirige el JPL para la NASA.
Fuente: NASA/JPL. Artículo original: Investigating the mystery of migrating “Hot Jupiters”
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