Astrónomos observaron por primera vez un exoplaneta cuya órbita decae alrededor de una estrella madura en una trayectoria en espiral que parece destinada a la colisión hasta su destrucción final.

El descubrimiento, publicado en la revista 'The Astrophysical Journal Letters', ofrece nuevas perspectivas sobre el largo proceso de desintegración de las órbitas planetarias, ya que es la primera vez que se observa un sistema en esta fase avanzada de la evolución. Se cree que la muerte estelar aguarda a muchos mundos y podría ser el adiós definitivo de la Tierra dentro de miles de millones de años, a medida que nuestro Sol envejece.

"Anteriormente habíamos detectado indicios de exoplanetas que se inspiran en sus estrellas, pero nunca habíamos visto un planeta de este tipo alrededor de una estrella evolucionada --explica en un comunicado Shreyas Vissapragada, becario 51 Pegasi b del Centro de Astrofísica Harvard/Smithsonian y autor principal del estudio--. La teoría predice que las estrellas evolucionadas son muy eficaces a la hora de extraer energía de las órbitas de sus planetas, y ahora podemos probar esas teorías con observaciones".

El exoplaneta se denomina Kepler-1658b. Como su nombre indica, los astrónomos descubrieron el exoplaneta con el telescopio espacial Kepler, una misión pionera de caza de planetas que se lanzó en 2009. Curiosamente, fue el primer nuevo candidato a exoplaneta que observó Kepler pero se tardó casi una década en confirmar la existencia del planeta, momento en el que el objeto entró oficialmente en el catálogo de Kepler como la entrada número 1658.

Kepler-1658b es un Júpiter caliente, apodo que se da a los exoplanetas de masa y tamaño similares a los de Júpiter, pero en órbitas ultracercanas y abrasadoras en torno a sus estrellas anfitrionas. En el caso de Kepler-1658b, esa distancia es sólo una octava parte del espacio entre nuestro Sol y Mercurio, su planeta orbital más cercano. Para los Júpiter calientes y otros planetas como Kepler-1658b que ya están muy cerca de sus estrellas, el deterioro orbital parece que culminará en su destrucción.

El reto de medir el decaimiento orbital


Medir el decaimiento orbital de los exoplanetas ha supuesto un reto para los investigadores porque el proceso es muy lento y gradual. En el caso de Kepler-1658b, según el nuevo estudio, su periodo orbital está disminuyendo a un ritmo minúsculo de unos 131 milisegundos (milésimas de segundo) al año, y una órbita más corta indica que el planeta se ha acercado más a su estrella.

Detectar esta disminución requirió varios años de observación minuciosa. El reloj comenzó con Kepler y luego fue recogido por el telescopio Hale del Observatorio Palomar en el sur de California y, finalmente, el Transiting Exoplanet Survey Telescope, o TESS, que se lanzó en 2018.

Los tres instrumentos captaron tránsitos, el término para cuando un exoplaneta cruza la cara de su estrella y causa una atenuación muy leve del brillo de la estrella. En los últimos 13 años, el intervalo entre los tránsitos de Kepler-1658b ha disminuido ligera pero constantemente.

La causa fundamental del decaimiento orbital experimentado por Kepler-1658b son las mareas, el mismo fenómeno responsable de las subidas y bajadas diarias de los océanos de la Tierra. Las mareas se generan por las interacciones gravitatorias entre dos cuerpos en órbita, como entre nuestro mundo y la Luna o Kepler-1658b y su estrella.

Las gravedades de los cuerpos distorsionan la forma del otro y, a medida que los cuerpos responden a estos cambios, se libera energía. Dependiendo de las distancias, tamaños y velocidades de rotación de los cuerpos implicados, estas interacciones de marea pueden dar lugar a que los cuerpos se empujen mutuamente hacia fuera -como en el caso de la Tierra y la Luna, que espira lentamente hacia fuera- o hacia dentro, como en el caso de Kepler-1658b hacia su estrella.

Todavía hay mucho que los investigadores no comprenden sobre esta dinámica, especialmente en los escenarios estrella-planeta. Por consiguiente, un estudio más detallado del sistema Kepler-1658 debería resultar instructivo.

La estrella ha evolucionado hasta un punto de su ciclo de vida estelar en el que ha comenzado a expandirse, tal y como se espera que lo haga nuestro Sol, y ha entrado en lo que los astrónomos denominan fase subgigante.

La estructura interna de las estrellas evolucionadas debería conducir más fácilmente a la disipación de la energía de marea tomada de las órbitas de los planetas alojados, en comparación con las estrellas no evolucionadas como nuestro Sol. Esto acelera el proceso de desintegración orbital, facilitando su estudio a escalas de tiempo humanas.

Los resultados ayudan a explicar una rareza intrínseca de Kepler-1658b, que parece más brillante y caliente de lo esperado. Según el equipo, las interacciones de marea que reducen la órbita del planeta también pueden estar generando energía adicional en su interior.

Vissapragada señala una situación similar con Io, la luna de Júpiter, el cuerpo más volcánico del Sistema Solar. El empuje gravitatorio de Júpiter sobre Io funde las entrañas del planeta. A continuación, esta roca fundida erupciona sobre la famosa superficie infernal de la luna, parecida a una pizza, con depósitos sulfurosos amarillos y lava roja fresca.

La acumulación de observaciones adicionales de Kepler-1658b debería arrojar más luz sobre las interacciones de los cuerpos celestes. Vissapragada y sus colegas esperan que el telescopio siga analizando miles de estrellas cercanas y descubra otros muchos casos de exoplanetas que giran por los desagües de sus estrellas anfitrionas.

"Ahora que tenemos pruebas de la inspiración de un planeta alrededor de una estrella evolucionada, podemos empezar a refinar nuestros modelos de física de mareas --afirma Vissapragada--. El sistema Kepler-1658 puede servir como laboratorio celeste de este tipo en los años venideros y, con un poco de suerte, pronto habrá muchos más de estos laboratorios".

Vissapragada, que se incorporó recientemente al Centro de Astrofísica hace unos meses y ahora tiene como mentora a la astrónoma del Centro de Astrofísica Mercedes López-Morales, espera que la ciencia de los exoplanetas siga avanzando de forma espectacular.