El descubrimiento de un planeta extrasolar retrógrado o altamente inclinado

Concepto artístico de un hipotético sistema extrasolar.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Dos equipos de astrónomos han encontrado que el planeta extrasolar HAT-P-7b, descubierto en 2008, tiene una órbita retrógrada o muy inclinada. El 30 de mayo 2008 UT, una colaboración japonesa dirigida por Norio Narita (Observatorio Astronómico Nacional del Japón) utilizó el espectrógrafo de alta dispersión del telescopio Subaru (HDS) para observar el sistema planetario HAT-P-7, que está a unos 1000 años luz de la Tierra, y encontró la primera evidencia de una órbita retrógrada en un planeta extrasolar, en este caso el HAT-P-7b.
El 1 de julio 2009 UT, una colaboración de Estados Unidos dirigida por Joshua N. Winn (Massachusetts Institute of Technology) también utilizando el HDS del telescopio Subaru en forma independiente observó el sistema HAT-P-7 y también llegó a la conclusión de que el planeta extrasolar HAT-P-7b tiene una órbita polar o retrógrada. Ambos resultados observacionales fueron presentados y aceptados de forma independiente a las revistas científicas en agosto de 2009 y se publicaron en octubre de 2009.

El HAT-P-7b es el primer planeta que indica una órbita retrógrada al momento de las publicaciones en revistas científicas. Los planetas retrógados o con eje orbital mal alineado son importantes para comprender la diversidad de los sistemas planetarios, y nos proveen de evidencia importante para evaluar los modelos actuales de migración planetaria. Es bien sabido que los planetas extrasolares tienen órbitas diversas, y los últimos modelos de migración planetaria han predicho la existencia de tales planetas extrasolares retrógrados o con órbitas muy inclinadas. Los resultados de Subaru representan un hito importante para entender la evolución orbital de los sistemas planetarios.

Los planetas extrasolares son planetas más allá de nuestro Sistema Solar. Con el advenimiento de grandes telescopios basados en tierra e instrumentos innovadores para aumentar la flexibilidad de las observaciones desde la década de 1990, más de 400 planetas extrasolares han sido descubiertos desde el primero que fue identificado en 1995. Los descubrimientos nos han enseñado que las órbitas de los planetas extrasolares son muy diferentes de las de los planetas del Sistema Solar. Por ejemplo, decenas de planetas extrasolares jovianos orbitan sus estrellas con un período de unos pocos días ( "Júpiters calientes"), y muchos de los planetas extrasolares tienen excentricidades significativas ( "planetas excéntricos"). A fin de comprender la diversidad de las órbitas planetarias, se han desarrollado muchos modelos teóricos de la migración planetaria .

La creencia generalizada sobre la formación del sistema planetario ha sostenido que los sistemas planetarios se forman en discos protoplanetarios rotatorios alrededor de protoestrellas. Así, el eje planetario orbital y el eje de rotación estelar generalmente se consideran bien alineados, como ocurre con los planetas del Sistema Solar. Sin embargo, las teorías más recientes no han seguido ese ejemplo. Por ejemplo, los modelos de migración planetaria considerando las interacciones gravitacionales entre varios planetas gigantes ("modelos de dispersión planeta - planeta"), o considerando los ciclos Kozai debido a una compañera estelar distante ("Migración Kozai") predicen que una fracción importante de los planetas que han migrado están en órbitas retrógradas o incluso inclinadas respecto del eje de rotación estelar.

Las ilustraciones muestran dos posibilidades para la extraña órbita de HAT-P-7b. La ilustración superior muestra al planeta en una órbita polar pasando por encima de los polos norte y sur de la estrella. La inferior muestra el planeta en una órbita "retrógrada", en la que el planeta gira en la dirección opuesta a la rotación de la estrella. Los astrónomos no pueden distinguir entre estas dos posibilidades, porque la orientación exacta del eje de rotación de la estrella todavía no se conoce. Ilustraciones Crédito: Simón Alberto..

Una colaboración dirigida por Norio Narita en el Observatorio Astronómico Nacional del Japón ha utilizado el telescopio Subaru para hacer observaciones que ponen a prueba tales modelos de migración planetaria. El equipo se centró en el efecto Rossiter-McLaughlin, que es una aparente irregularidad en la velocidad radial de la estrella; la estrella parece estar en retroceso si el planeta en tránsito esconde la parte de la superficie estelar que se acerca a nosotros, y viceversa. Al medir el efecto Rossiter-McLaughlin, se puede estimar el ángulo de cielo proyectado entre el eje de rotación estelar y el eje planetario orbital. El telescopio Subaru ha logrado detectar el efecto en el sistema planetario en tránsito TrES-1 en 2007 (comunicado de prensa en el sitio web de Subaru el 23 de agosto de 2007), y desde entonces el telescopio Subaru ha hecho observaciones de varios sistemas planetarios en tránsito. Durante la observación del sistema planetario el 30 de mayo 2008 UT, el equipo japonés encontró la primera evidencia de una órbita retrógrada, o muy inclinada de HAT-P-7b basado en el efecto Rossiter-McLaughlin. El resultado indica que el planeta primero esconde la parte de recesión de la superficie estelar y después la parte que se aleja. Las observaciones independientes en 1 de julio 2009 UT de la colaboración de Estados Unidos dirigida por Joshua N. Winn del MIT, confirmaron estos resultados (comunicado de prensa en el sitio web del MIT el 12 de noviembre de 2009).

En este punto, sin embargo, el modelo de migración para HAT-P-7b aún no ha sido firmemente discriminado. Así las observaciones remotas de este sistema para buscar planetas externos masivos o un compañero binario serían interesantes. Además, desde que el sistema HAT-P-7 está dentro del campo de visión de la misión Kepler, una caracterización adicional de este interesante planeta HAT-P-7b se llevará a cabo en el futuro próximo.

Estos estudios fueron publicados en las Publicaciones de Notas de la Sociedad Astronómica de Japón (número publicado el 25 de octubre de 2009) y el Astrophysical Journal Letters (número publicado el 1 de octubre de 2009).

Una ilustración del concepto del efecto Rossiter-McLaughlin. Cada estrella generalmente gira sobre sí misma y tiene una parte acercándose y una parte en retroceso. Durante un tránsito planetario (el planeta, desde el punto de vista del observador, pasa frente a la estrella), podemos ver el efecto Rossiter-McLaughlin, que es una aparente anomalía de la velocidad radial estelar, la estrella parece estar en retroceso si el planeta en tránsito esconde la parte que se acerca, y viceversa. Podemos observar este efecto por las mediciones de precisión de la velocidad radial. Tenga en cuenta que si el planeta orbita de una manera prógrada (en el mismo sentido que gira la estrella), el planeta oculta primero el lado que se acerca y, posteriormente, esconde el lado que se aleja. A la inversa, si el planeta orbita de manera retrógrada, el efecto se produce en sentido inverso.

El resultado de la observación del efecto Rossiter-McLaughlin el 30 de mayo 2008 UT tomada con el HDS Subaru (Narita et al. 2009). Esta figura muestra que el HAT-P-7b esconde una primera parte en retroceso de la HAT-P-7 y, posteriormente, se esconde un lado que se acerca.

El resultado de la observación del efecto Rossiter-McLaughlin el 1 de julio 2009 UT adoptado con el HDS Subaru (Winn et al. 2009). Este resultado también indica una órbita retrógrada de HAT-P-7b, así como la figura anterior.

Traducción libre de:
• Discovery of a Retrograde or Highly Tilted Extrasolar Planet

Información útil:
• Efecto Rossiter-McLaughlin
• Migración planetaria
• Movimiento retrógado