El sistema de planetas de “algodón de azúcar” tiene un cuarto miembro al acecho

El sistema Kepler-51, conocido por tener algunos de los planetas menos densos jamás encontrados, tiene un cuarto miembro. No sabemos si el recién descubierto Kepler-51e comparte este rasgo notable de sus planetas hermanos, ya que sólo conocemos su masa, no su tamaño, pero el descubrimiento añade un nivel adicional de intriga a un sistema estelar verdaderamente extraordinario.

La estrella Kepler-51 parece una versión más joven del Sol; su masa es sólo un 4 por ciento más pequeña que la de nuestra estrella. Es sólo dos tercios más brillante que el Sol, pero se cree que esto se debe principalmente a que tiene aproximadamente una séptima parte de su edad: el Sol también era más débil en esa época. Todo esto hace que los planetas de Kepler-51 sean aún más extraños.

Kepler-51b, cyd transitan (cruzan la cara de su estrella desde nuestra perspectiva), lo que nos permite medir su tamaño. Las masas del trío se han deducido de sus efectos gravitacionales entre sí, lo que lleva a la sorprendente conclusión de que estos planetas tienen tamaños cercanos a los de Júpiter, pero masas entre 3 y 6 veces la de la Tierra. Eso hace que su densidad sea similar a la del algodón de azúcar; también hace que sea fácil de empujar para un cuarto miembro.

La existencia de Kepler-51e se dedujo cuando se programó que el JWST y los telescopios terrestres observaran un tránsito de Kepler-51d. El hecho de que el precioso tiempo de estos telescopios se dedicara a observar el evento muestra la importancia que los astrónomos conceden a comprender por qué el sistema es tan diferente del nuestro. En lugar de que el tránsito procediera como se había previsto, la operación apenas inició el tránsito.

«Gracias a Dios comenzamos a observar unas horas antes para establecer una línea de base, porque llegaron las 2 am, luego las 3, y todavía no habíamos observado un cambio en el brillo de la estrella con APO», dijo la Dra. Jessica Libby-Roberts de la Universidad Penn State. en un comunicado. «Después de volver a ejecutar frenéticamente nuestros modelos y examinar los datos, descubrimos una ligera caída en el brillo estelar inmediatamente cuando comenzamos a observar con APO, que terminó siendo el inicio del tránsito: 2 horas antes, lo que supera con creces los 15 minutos. ventana de incertidumbre de nuestros modelos».

Kepler-51d es el miembro más hinchado y extraño del sistema. Muchos planetas de densidad extremadamente baja orbitan muy cerca de sus estrellas y el calor hace que sus gases se expandan. Sin embargo, Kepler-51d tiene una órbita de 130 días, lo que alrededor de una estrella menos luminosa que el Sol no debería generar temperaturas excepcionales. A pesar de esto, se pensaba que su densidad era de sólo 0,0381 g/cm³el más bajo de todos los planetas que hemos encontrado. En comparación, la densidad del agua es 1 g/cm³el de la Tierra es de 5,5 g/cm³y Saturno, el planeta menos denso del Sistema Solar, tiene 0,69 gramos/cm³.

Aun así, ni siquiera los planetas tan ligeros como éste para su tamaño flotan como una semilla de diente de león en la brisa. Sólo la presencia de un cuarto planeta previamente insospechado podría explicar la diferencia en el tiempo, al igual que Neptuno fue descubierto a partir de irregularidades en la órbita de Urano.

Utilizando todos los datos recopilados del sistema durante 14 años, los autores concluyeron que Kepler-51e probablemente tiene una masa inferior a diez veces la de la Tierra, lo que lo hace similar a los otros tres planetas. Su órbita probablemente dure 264 días, lo que haría que su temperatura fuera bastante similar a la de la Tierra, aunque a medida que Keplter-51 se ilumine puede dejar de estar en la zona habitable.

Como no hemos visto el tránsito de Kepler-51e, no sabemos si se trata de otro planeta súper soplo, un gigante gaseoso más típico como Neptuno o una superTierra. Los investigadores también señalan que actualmente no pueden descartar un planeta más masivo en una órbita más larga, aunque lo consideran menos probable.

La presencia de otro planeta también ha provocado que los autores recalculen las masas de los tres planetas anteriores, revelándolos como potencialmente ligeramente más pesados ​​de lo que se pensaba anteriormente, particularmente Kepler-51b. Como sus tamaños no han cambiado, eso los hace un poco más densos, pero no lo suficiente como para cambiar su estatus como anomalías extremas entre los mundos que conocemos.

Mientras tanto, las rarezas del sistema aumentan. «Los planetas súper hinchados son bastante raros y, cuando aparecen, tienden a ser los únicos en un sistema planetario», dijo Libby-Roberts. «Si tratar de explicar cómo se formaron tres súper soplos en un sistema no fue suficiente desafío, ahora tenemos que explicar un cuarto planeta, ya sea un súper soplo o no. Y tampoco podemos descartar planetas adicionales en el sistema. » Después de todo, los cuatro planetas están sustancialmente más cerca de su estrella que la Tierra del Sol.

Para que los planetas tengan una densidad tan baja como los tres interiores, deben tener núcleos diminutos y estar compuestos en gran parte de hidrógeno y helio, como versiones mucho más extremas de los gigantes gaseosos de nuestro propio sistema. Sin embargo, esa combinación debería hacer que los gases escapen rápidamente, particularmente cuando están lo suficientemente cerca de la estrella como para recibir mucha energía.

Las primeras explicaciones de las características inusuales del sistema implicaban que los planetas se formaron a distancias de Kepler-51 similares a las de Júpiter del Sol, y luego migraron hacia el interior. Sin embargo, trabajos posteriores arrojaron dudas al respecto y la cuestión sigue sin resolverse. Otra hipótesis propone anillos gigantes que bloquean la luz de la estrella, haciendo que los planetas parezcan más grandes, pero no puede explicar por qué los tres tienen anillos en la orientación correcta. Dado que Kepler-51 tiene un contenido de metal ligeramente mayor que el Sol, no debería ser que el disco que lo rodea careciera de elementos más pesados ​​a partir de los cuales se pudieran formar núcleos.

El estudio se publica en acceso abierto en The Astronomical Journal.