Revelando lo invisible: El sistema planetario de Kepler-447

Hace más de 25 siglos surgió una nueva manera de entender la realidad y la relación del hombre con ella: la ciencia como método y la filosofía como substrato del mismo. De hecho, ya Anaximandro, pupilo de Tales de Mileto y  “padre” de la filosofía, al escribir el primer tratado en esta disciplina especuló con la posibilidad de múltiples mundos en el siglo VI antes de la era común. Anaxágoras, Leucipo y Demócrito, en los siglos siguientes, continuarían esta tradición, que terminaría por rendirse ante una visión geocéntrica[1] y antropomórfica que imperó durante casi dos mil años. El desmantelamiento de la misma ha sido una tarea titánica que aún continúa.

Entre los numerosos hitos esenciales se encuentra el descubrimiento del primer planeta fuera del Sistema Solar orbitando alrededor de una estrella con características análogas al Sol. Denominado 51 Peg b, fue descubierto por Michael Mayor y Didier Queloz en 1995 mediante la técnica de la velocidad radial. Según la misma, el planeta, indetectable por métodos convencionales, se manifiesta  de manera indirecta debido al movimiento de la estrella, minúsculo, alrededor del centro de masas común al sistema planeta-estrella. Desde entonces se han descubierto, confirmado o validado [2] varios centenares de sistemas planetarios mediante el uso de diversas técnicas. En la actualidad, la más productiva consiste en los tránsitos planetarios, que son análogos a los eclipses de Sol. Así, el planeta, al ocultar una pequeña fracción de la estrella, produce una reducida variación de la luz que nos llega de la misma, cambio que por su periodicidad y por otras características permite inferir la presencia de aquél.  Y el rey absoluto ha sido el satélite de NASA Kepler, cuyo lanzamiento se produjo en marzo de 2009 y que durante sus cinco años de operaciones ha permitido la identificación de varios miles de candidatos. Sin embargo, es necesario realizar investigaciones complementarias, ya que Kepler también es muy eficiente descubriendo estrellas dobles que se ocultan mutuamente de manera regular, las denominadas binarias eclipsantes. En ocasiones, el efecto observado pudiera ser similar al caso de los planetas  de manera que una binaria pudiera mimetizarse como un tránsito planetario. Por tanto, la confirmación con otros métodos sigue siendo necesaria.

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Figura 1: La estrella Kepler 447 y su planeta gigante / Crédito D. Cabezas

Kepler-447: valles fluviales versus glaciares o estrellas binarias versus planetas

En lo que se puede considerar un verdadero arcón de los tesoros creado por el satélite Kepler, hemos encontrado una verdadera joya: un análogo solar con un planeta tipo Júpiter caliente, que orbita próximo a la estrella. La existencia del planeta ha sido confirmada tanto por el análisis de la curva de luz, proporcionada por el satélite y debido a ocultaciones parciales, como con datos de velocidad radial adquiridos con CAFE, el instrumento español instalado en el Observatorio Astronómico Hispano Alemán de Calar Alto. Lo que hace único a este sistema es la variación en los eclipses percibida en distintos pasos del planeta por delante del disco de la estrella. Estas irregularidades podrían indicar la presencia de un tercer cuerpo, también invisible con métodos usados normalmente. ¿Cómo es ello posible?

La estrella denominada Kepler-447 se incluye en esta lista de candidatos, aunque se asumía que probablemente no albergaba un planeta y en realidad se trataba de una binaria eclipsante. Por su tipo espectral, G8V, es un análogo solar ligeramente más frío. Presenta variaciones en su curva de luz cada 7.8 días, que en principio podrían estar provocadas por una estrella compañera de características similares, debido a las peculiaridades de la disminución de la curva de luz durante el eclipse, en forma de “V”, cuando un tránsito convencional tiene forma de “U”. Esto es, sería un sistema formado por dos estrellas que se eclipsarían mutuamente. La diferencia entre las disminuciones en “U” y en “V” presenta un cierto paralelismo con la geología y los valles terrestres. Excavados por glaciares o ríos en  la llanura, se conoce el causante de su génesis por la forma: en “U” para los glaciares y en “V” para los fluviales. Así, la morfología denota el origen. Y algo similar sucede con planetas y estrellas eclipsantes.

Junto con Jorge Lillo-Box y otros colaboradores, y como parte de la tesis del primero, hemos confirmado la naturaleza planetaria de Kepler-447 b mediante la adquisición de datos con el instrumento CAFÉ. Para ello hemos medido las variaciones de la velocidad radial según el planeta orbita alrededor de la estrella, la misma metodología que se usó para descubrir el primer planeta fuera del Sistema Solar, 51 Peg b.

Un rompecabezas doble: ¿cómo se detecta lo invisible?

Una vez confirmada la existencia de Kepler-447 b mediante la técnica de la velocidad radial, la pregunta es: ¿a qué se debe la peculiar forma de luz durante el tránsito, en “V”, que es característica del eclipse parcial de dos estrellas, cuando apenas bloquean la luz de la que se encuentra por detrás? La respuesta es sencilla: son tránsitos parciales, en los cuales solo el 20% aproximado del planeta tapa una minúscula fracción del disco de la estrella. Sin embargo, falta la pieza más importante y única del rompecabezas. El comportamiento de la curva de luz de Kepler-447 es única, y no ha sido observada hasta este momento. Estas disminuciones en forma de “V” no son siempre iguales, en ocasiones la disminución del brillo de la estrella es menor de lo esperado. Esto es, la profundidad de la “V” no es siempre la misma.  Hay varias explicaciones posibles. Una de las más probables es la presencia de manchas estelares, semejantes a las que se pueden observar en el Sol [3], sobre todo en los momentos de máxima actividad. Las manchas, de temperatura distinta al resto de la superficie estelar y de menor brillo, serían ocultadas parcialmente por el planeta, y el resultado sería una variación no periódica en la curva de luz durante el tránsito. Sin embargo, en el caso de Kepler-447, se requeriría que tuvieran un tamaño mucho mayor que las observadas en nuestro astro-rey y que estuvieran cerca del polo, cuando las solares suelen estar cerca de su ecuador.

Una explicación alternativa y mucho más sugerente sería la presencia de un tercer cuerpo. Así, otro planeta orbitando a una distancia algo más distante, o incluso un satélite de Kepler-447 b, tal vez como los relativamente masivos  Calixto, Europa, Io o Ganímedes, que orbitan alrededor de nuestro Júpiter, causarían pequeños cambios en las posiciones relativas de la estrella y el planeta confirmado  por la técnica de velocidad radial. Desafortunadamente, en este caso concreto sabemos que se trata de un efecto instrumental, pero sistemas de este tipo, con planetas próximos a su estrella y que produzcan tránsitos rasantes, son idóneos para la identificación de otros cuerpos. Así, lo invisible, otro posible planeta o satélite, se pondría de manifiesto por un sofisticado efecto observado en la curva de luz y su peculiar forma en “V” de profundidad variable. De manera similar, la técnica denominada TTV (acrónimo procedente del ingles, correspondiente a “Transit-timing variation”, o variaciones del tiempo de tránsito), mediante la medida precisa de los retrasos o adelantos del comienzo y final de cada tránsito respecto al momento predicho, basado en medidas anteriores, permite inferir la presencia de un tercer cuerpo. Esto es, tanto los TTV como los tránsitos rasantes nos proporcionan herramientas para encontrar planetas indetectables por otros métodos. Claro que siempre hay que ser extremadamente cuidadoso, pues a veces es inevitable, en un deseo antropomórfico, pensar que a la naturaleza le gusta jugar con nosotros.

En cualquier caso estas técnicas permiten encontrar sistemas planetarios complejos, aumentado la diversidad ya atisbada por nuestros predecesores de la Grecia clásica. De hecho, Kepler-447 no es el primer planeta que nuestro grupo descubre y caracteriza. Entre los más exóticos se encuentra Kepler-37 b, un planeta de tamaño menor al planeta Mercurio (y por tanto el record absoluto en tamaña mínimo), más de una decena de planetas de tamaño similar a la Tierra (aunque demasiado próximos a la estrella central como para tener agua líquida), o Kepler-91, en donde la estrella de enorme tamaño, al final de su vida, está a punto de devorar al planeta. Según el catálogo de exoplanetas se expande [4], a borbotones, los diferentes nichos exoplanetarios se van rellenando, revelándonos mundos totalmente alienígenas, en configuraciones que incluso las imaginaciones menos convencionales ni siquiera pudieron llegar a imaginar. El Universo siempre nos sorprende.

David Barrado Navascués

CAB, INTA-CSIC
Centro Europeo de Astronomía Espacial (ESAC, Madrid)

 


[1] Iniciada precisamente por Anaxágoras a partir de las esferas celestes homocéntricas, afianzadas por Aristóteles y difundidas como gran herramienta de cálculo de las posiciones de las estrellas y planetas por Claudio Ptolomeo durante el Imperio Romano.

[2] La confirmación requiere técnicas observacionales adicionales, como es el caso de la medición de las variaciones de la velocidad radial de la estrella, mientras que la validación es un proceso estadístico que determina la posibilidad de que el candidato planetario sea real.

[3]  Solo se debe mirar al Sol con protección ocular adecuada, diseñada específicamente para este menester y adquirida en establecimientos especializados. Una mirada a nuestra estrella, incluso con gafas de Sol al atardecer, puede provocar daños oculares irreversibles.

[4] A febrero de 2015, son 1189 confirmados, que se encuentran en 477 sistemas múltiples, “The Extrasolar Planets Encyclopaedia”, http://exoplanets.eu/