Los astrónomos informan hoy del descubrimiento de un sistema planetario muy desviado, en el que las órbitas de dos planetas forman un ángulo pronunciado entre sí. Este sorprendente hallazgo repercutirá en las teorías sobre la evolución de los sistemas multiplanetarios y demuestra que algunos acontecimientos violentos pueden alterar las órbitas de los planetas después de que se forme un sistema planetario, dicen los investigadores.
«Los hallazgos significan que los futuros estudios de los sistemas exoplanetarios serán más complicados. Los astrónomos ya no pueden dar por sentado que todos los planetas orbitan alrededor de su estrella madre en un único plano», afirma Barbara McArthur, del Observatorio McDonald de la Universidad de Texas en Austin.
McArthur y su equipo utilizaron datos del telescopio espacial Hubble, del gigantesco telescopio Hobby-Eberly y de otros telescopios terrestres, combinados con un extenso trabajo de modelización, para desenterrar una gran cantidad de información sobre el sistema planetario que rodea a la estrella cercana Upsilon Andromedae.
McArthur informó de estos hallazgos en una conferencia de prensa celebrada hoy en la 216ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Miami, junto con su colaborador Fritz Benedict, también del Observatorio McDonald, y el miembro del equipo Rory Barnes de la Universidad de Washington. El trabajo también se publicará en la edición del 1 de junio de la revista Astrophysical Journal.
Desde hace poco más de una década, los astrónomos saben que tres planetas tipo Júpiter orbitan alrededor de la estrella blanca y amarilla Upsilon Andromedae. Similar a nuestroSol en sus propiedades, Upsilon Andromedae se encuentra a unos 44 años luz de distancia. Es un poco más joven, más masivo y más brillante que el Sol.
Combinando tipos de datos fundamentalmente diferentes, aunque complementarios, de los telescopios delHubble y terrestres, el equipo de McArthur ha determinado las masas exactas de dos de los tres planetas conocidos, Upsilon Andromedae c yd. Sin embargo, lo más sorprendente es su hallazgo de que no todos los planetas orbitan esta estrella en el mismo plano. Las órbitas de los planetas c y d están inclinadas 30 grados entre sí. Esta investigación marca la primera vez que se ha medido la «inclinación mutua» de dos planetas que orbitan alrededor de otra estrella. Además, el equipo ha descubierto indicios de que un cuarto planeta, e, orbita alrededor de la estrella mucho más lejos.

«Lo más probable es que Upsilon Andromedae haya tenido el mismo proceso de formación que nuestro propio sistema solar, aunque podrían haber existido diferencias en la formación tardía que hayan sembrado esta evolución divergente», dijo McArthur. «La premisa de la evolución planetaria hasta ahora ha sido que los sistemas planetarios se forman en el disco y permanecen relativamente coplanares, como nuestro propio sistema, pero ahora hemos medido un ángulo significativo entre estos planetas que indica que esto no siempre es así».
Hasta ahora la sabiduría convencional ha sido que una gran nube de gas se derrumba para formar una estrella, y los planetas son un subproducto natural del material sobrante que forma un disco. En nuestro sistema solar, hay rastros de esa creación porque los ocho planetas principales orbitan casi en el mismo plano. Los planetas enanos más alejados, como Plutón, tienen órbitas inclinadas, pero éstas han sido modificadas por la gravedad de Neptuno y no están incrustadas en lo más profundo del campo gravitatorio del Sol.
Varios escenarios gravitatorios diferentes podrían ser responsables de las órbitas sorprendentemente inclinadas de Upsilon Andromedae. «Las posibilidades incluyen las interacciones que se producen a partir de la migración hacia el interior de los planetas, la expulsión de otros planetas del sistema a través de la dispersión planeta-planeta, o la interrupción de la estrella binaria compañera de la estrella madre, Upsilon Andromedae B», dijo McArthur.
Barnes, un experto en la dinámica de los sistemas planetarios extrasolares, añadió: «Nuestro análisis dinámico muestra que las órbitas inclinadas probablemente fueron el resultado de la expulsión de un miembro original del sistema planetario. Sin embargo, no sabemos si el compañero estelar distante forzó esa expulsión, o si el propio sistema planetario se formó de tal manera que algunos planetas originales fueron expulsados. Además, descubrimos que la configuración revisada todavía se encuentra justo en el precipicio de la inestabilidad: los planetas tiran unos de otros con tanta fuerza que casi son capaces de arrojarse unos a otros fuera del sistema».
Los dos tipos diferentes de datos combinados en esta investigación fueron la astrometría del telescopio espacial Hubble y la velocidad radial de los telescopios terrestres.
La astrometría es la medición de las posiciones y los movimientos de los cuerpos celestes. El grupo de McArthur utilizó uno de los sensores de orientación fina (FGS) del telescopio Hubble para esta tarea. Los FGS son tan precisos que pueden medir la anchura de una moneda de 25 centavos en Denver desde el punto de vista de Miami. Esta precisión se utilizó para rastrear el movimiento de la estrella en el cielo causado por los planetas que la rodean y que no se ven.
La velocidad radial realiza mediciones del movimiento de la estrella en el cielo, hacia y desde la Tierra. Estas mediciones se realizaron durante un período de 14 años utilizando telescopios terrestres, incluyendo dos en el Observatorio McDonald y otros en los Observatorios Lick, Haute-Provence y Whipple. La velocidad radial proporciona una larga línea de base de las observaciones de la fundación, lo que permitió que las observaciones del Hubble, de menor duración pero más precisas y completas, definieran mejor los movimientos orbitales.
El hecho de que el equipo determinara las inclinaciones orbitales de los planetas cand d les permitió calcular las masas exactas de los dos planetas. Esta nueva información nos permitió cambiar nuestra opinión sobre qué planeta es más pesado. Las masas mínimas anteriores de los planetas dadas por los estudios de velocidad radial situaban la masa mínima del planeta c en 2 Júpiteres y la del planeta d en 4 Júpiteres. Las nuevas masas exactas, halladas por astrometría, son de 14 Júpiter para el planeta c y de 10 Júpiter para el planeta d.
«Los datos del Hubble muestran que la velocidad radial no es toda la historia», dijo Benedict. «El hecho de que los planetas hayan cambiado de masa fue realmente bonito».
Los 14 años de información sobre la velocidad radial recopilada por el equipo descubrieron indicios de que un cuarto planeta de periodo largo podría orbitar más allá de los tres conocidos ahora. Sólo hay indicios sobre ese planeta porque está tan lejos que la señal que crea aún no revela la curvatura de una órbita. Otra pieza que falta en el rompecabezas es la inclinación del planeta más interno, b, que requeriría una astrometría de precisión 1.000 veces mayor que la del Hubble, un objetivo alcanzable por una misión espacial optimizada para la interferometría.
Los datos del equipo del Hubble también confirmaron la condición de estrella abinaria de Upsilon Andromedae. La estrella compañera es una enana roja menos masiva y mucho más débil que el Sol.
«No tenemos ni idea de cuál es su órbita», dijo Benedict. «Podría ser muy excéntrica. Tal vez se acerque mucho de vez en cuando. Puede tardar 10.000 años». Un paso tan cercano de la estrella secundaria podría perturbar gravitacionalmente las órbitas de los planetas.