Investigadores pesan un exoplaneta del tamaño de Marte

Investigadores pesan un exoplaneta del tamaño de Marte

Modelo de la NASA para la curva de luz y la órbita de este exoplaneta.

Modelo de la NASA para la curva de luz y la órbita de este exoplaneta.

Hasta ahora, el método más efectivo para buscar exoplanetas ha sido observar el oscurecimiento que crean cuando pasan frente a una estrella distante desde la perspectiva de la Tierra. Este es el método utilizado por la sonda Kepler, y ha identificado miles de mundos potenciales.

Pero este método no nos dice mucho sobre los planetas. La cantidad de oscurecimiento nos dice el radio, y el tiempo que lleva una órbita nos da la distancia entre el planeta y la estrella. Pero en raras ocasiones, tenemos suerte y hay varios planetas lo suficientemente cerca como para tener interacciones gravitacionales significativas. Esto nos puede decir la masa y, combinado con el radio, la densidad, que a su vez nos dice algo sobre la composición.

Ahora, los investigadores han utilizado este método para medir tres planetas en Kepler-138, incluido uno del tamaño de Marte y de una densidad sorprendentemente baja.

El método más común para pesar un exoplaneta es realizar mediciones de velocidad radial. Estos cambios de seguimiento en la luz de una estrella ocurren cuando un planeta la atrae hacia nosotros y la aleja de nosotros en diferentes puntos de su órbita. Pero esta técnica no funciona bien con planetas pequeños, porque su baja gravedad apenas mueve la estrella.

Para medir algo tan pequeño como el planeta descrito en este artículo, los autores deben haber tenido suerte. El sistema exosolar Kepler-138 contiene tres planetas, todos muy cerca de su estrella anfitriona (los períodos orbitales van desde 10 días para el más cercano a 23 días para el más lejano). Eso es lo suficientemente cerca para que los planetas se disparen entre sí mientras giran a través de sus órbitas, haciendo que algunas órbitas sean un poco más rápidas y otras un poco más lentas.

Estos cambios se manifiestan como pequeñas diferencias en el momento de la aparición de un planeta frente a su estrella. Entonces, si rastreamos suficientes tránsitos planetarios, podemos medir estas variaciones en el tiempo con la precisión suficiente para tener una idea de qué tan fuerte está tirando cada planeta sobre el otro. A partir de ahí, es solo una cuestión matemática muy complicada descubrir la combinación de masas que produciría este comportamiento.

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Los tres planetas de Kepler-138 son bastante diferentes entre sí. El más interno, Kepler-138b, tiene la mitad del radio de la Tierra y una densidad muy baja (2,6 gramos por centímetro cúbico). Kepler-138c es un poco más grande que la Tierra, aproximadamente 1,2 veces su radio, y tiene una densidad similar. Kepler-138d tiene un tamaño muy similar, pero su densidad es solo un tercio de la de la Tierra.

¿Qué nos dicen estos números sobre los planetas? El que tiene una densidad similar a la de la Tierra (138c) es probablemente similar en composición a la Tierra (¡sorpresa!), un cuerpo rocoso con cantidades sustanciales de metal. En el extremo inferior de su rango de densidad, el planeta más exterior necesitaría tener una atmósfera sustancial de hidrógeno/helio, y un planeta de su tamaño no debería poder retenerla. Los autores sospechan que es más probable que esté en el lado alto de las barras de error, lo que lo convertiría en un planeta acuoso.

Para el cuerpo del tamaño de Marte, las barras de error son bastante importantes; con un 95% de confianza, prácticamente no podría existir: una masa de solo 0,011 veces la de la Tierra. Esto provocó una de las declaraciones más inusuales que he visto en un artículo de astronomía, mezclando estadísticas bayesianas con existencialismo. «La probabilidad posterior de que el planeta interior tenga una masa distinta de cero está entre el 99,82 % y el 99,91 %». En el extremo superior, sin embargo, sería similar en densidad y, por lo tanto, en composición a Marte.

Una posibilidad intrigante es que se encuentra en algún punto intermedio, lo que lo convierte en un mundo acuático como si fuera el miembro más externo de la familia. El problema con esta idea es que se cree que los mundos de agua están formados por pequeños cuerpos helados, y 138b está demasiado cerca de su estrella anfitriona para que haya presencia de cuerpos helados. Por eso es intrigante: si es un cuerpo acuoso, eso significa que casi con seguridad se formó en otro lugar y emigró a su ubicación actual.

¿Cómo clasificas todas estas posibilidades? Se necesitarán más observaciones, ya sea desde tierra o utilizando los próximos cazadores de planetas de la NASA y la ESA, los cuales deberían estar en órbita antes de que finalice la década. Con más datos, los modelos orbitales tendrán más restricciones para adaptarse, y la amplia gama de densidades posibles debería reducirse significativamente.

Naturaleza2015. DOI: 10.1038/nature14494 (Acerca de los DOI).

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