El gemelo del Sol y su planeta

Cuando miramos al cielo en una noche estrellada, a simple vista tan sólo vemos pequeños puntos de luz. Si la noche es lo suficientemente oscura podremos distinguir el color de algunas estrellas. También sabemos desde hace unos años que, alrededor de algunas de esas estrellas, hay girando planetas.
Paradójicamente, es más extraño descubrir planetas extrasolares en cúmulos estelares, esto es, grandes acumulaciones de estrellas formadas al mismo tiempo. Los únicos cúmulos donde se han detectado exoplanetas han sido NGC 6811, Messier 44 e Hyades. La pregunta es, ¿por qué en un lugar de gran concentración de estrellas apenas se han encontrado planetas?
Estamos más cerca de responder a ese interrogante ya que un grupo de astrónomos usó el instrumento HARPS del telescopio de 3.6 metros de ESO en el Observatorio de La Silla para estudiar el cúmulo Messier 67, situado a unos 2500 años luz en dirección a la constelacion de Cancer.
Imagen de gran campo donde aparece el cúmulo abierto Messier 67. La imagen fue creada a partir de imágenes que forman parte del Digitized Sky Survey 2. El cúmulo se aprecia como el conjunto abundante de estrellas en el centro de la imagen. Créditos: ESO/Digitized Sky Survey 2. Agradecimientos: Davide De Martin.
¿Por qué Messier 67?
No es casual la elección de este cúmulo. Su elección es debida a que la mayoría de los cúmulos abiertos se disipan pasados unos miles de millones de años. Pero los cúmulos con una alta densidad de estrellas -es el caso de M67-, pueden mantenerse unidos durante períodos más largos. Estas condiciones proporcionan un laboratorio perfecto para estudiar la cantidad de planetas que se forman en un ambiente tan aglomerado.
Anna Brucalassi, del Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik en Garching (Alemania) es la autora principal del estudio y afirma que “en el cúmulo estelar Messier 67, todas las estrellas tienen aproximadamente la misma edad y composición que el Sol. Esto proporciona un perfecto laboratorio para estudiar cuántos planetas se forman en un ambiente tan aglomerado, y si acaso se forman principalmente alrededor de estrellas más masivas o menos masivas”.
Brucalassi aclaró el inconveniente que tiene la formación planetaria en estos cúmulos. "El problema principal para la formación de planetas en entornos estelares densos es la alta tasa de posibles encuentros cercanos entre las estrellas, lo que podría destruir los (proto) sistemas planetarios", explica. Mapa celeste con la ubicación del cúmulo Messier 67 en la constelación de Cancer. La mayoría de las estrellas mostradas son visibles a simple bajo buenas condiciones de observación. El cúmulo puede ser detectado con prismáticos y muchas de las estrellas que lo componen se pueden ver con un telescopio de tamaño mediano. Su ubicación la marca un círculo rojo en la imagen. Créditos: ESO, IAU and Sky & Telescope.
Dada la relevancia de la investigación, los resultados de HARPS fueron complementados con observaciones realizadas con el instrumento SOPHIE del Observatorio de Haute-Provence (Saint Michel, Francia), con el telescopio suizo Leonhard Euler de ESO (Chile) y con el telescopio Hobby Eberly (Texas, USA).
Con estos cuatro telescopios apuntando al cúmulo, se analizaron 88 estrellas de Messier 67 durante 6 años para caracterizar lo más correctamente posible el efecto Doppler producido por el tirón gravitatorio del planeta hacia la estrella, lo que se conoce como método de las velocidades radiales. Y no ha sido tarea fácil porque las estrellas del cúmulo tienen un brillo menor que las estrellas típicas analizadas para detectar exoplanetas. Por este motivo los instrumentos han sido llevados al límite.
Los descubrimientos
En las 88 estrellas analizadas se detectaron 3 planetas. Dos de ellos tienen una masa equivalente a un tercio de la de Júpiter y orbitan a sus estrellas en siete y cinco días respectivamente. Además las estrellas orbitadas son similares a nuestro Sol. El tercer planeta tiene más masa que Júpiter y completa una órbita cada 122 días alrededor de una estrella gigante roja más evolucionada que nuestro Sol.
Al ser una observación realizada por medio de las velocidades radiales, las estimaciones de masa de estos planetas marcan límites inferiores, esto quiere decir que los planetas pueden tener más masa dependiendo de la órbita que realizan y su inclinación con respecto a la horizontal. Si esta inclinación es muy elevada, su masa será mayor porque no habremos observado el tirón gravitatorio en su totalidad debido a nuestra perspectiva.
Impresión artística de uno de los tres planetas descubiertos en el cúmulo abierto Messier 67. En este cúmulo todas las estrellas presentan aproximadamente la misma edad y composición que el Sol. Créditos: ESO/L. Calçada.
"El hecho de encontrar planetas en un ambiente denso como M67 implica que los planetas deben estar presentes al menos con una tasa comparable a la de otros grupos con menor concentración de estrellas", explica Brucalassi.
Un gemelo del Sol
Para sorpresa de los investigadores, uno de los planetas menores que Júpiter se encontraba orbitando una estrella muy particular: uno de los gemelos del Sol más idénticos detectados hasta la fecha. Que sea gemelo del Sol es algo poco habitual, ya que debe reunir no sólo los mismos rangos de masa y temperatura que nuestra estrella, sino también una abundancia química similar. Así pues, esta estrella es el primer gemelo solar detectado en un cúmulo con algún planeta orbitando.
Encontrar 3 planetas en 88 estrellas es una tasa similar a la que se encuentra en estrellas fuera de cúmulos.“Estos nuevos resultados demuestran que los planetas en cúmulos estelares abiertos son casi tan comunes como los que se encuentran alrededor de estrellas aisladas, pero no es fácil detectarlos”, afirma el co-autor del artículo Luca Pasquini de ESO en Garching (Alemania), lo que hace indicar que los planetas en cúmulos podrían ser tan abundantes como en otras estrellas.
Con esta investigación se ha hecho una introducción demostrable a la búsqueda de exoplanetas en cúmulos. Si más investigaciones se centran en estas agrupaciones de estrellas para buscar planetas, sin duda desencadenará una oleada de instrumentos muy precisos para cumplir estos objetivos, que no sólo repercutirá en la búsqueda en cúmulos, sino también en otros lugares, y casi con total seguridad, nos ofrecerán descubrimientos que desafiarán las teorías actuales.

Esta investigación se presentó en un artículo científico titulado “Three planetary companions around M67 stars”, por A. Brucalassi et al., que será publicado en la revista Astronomy & Astrophysics.

Los miembros del equipo de investigadores son: A. Brucalassi (Max-Planck-Institute für extraterrestrische Physik, Garching, Alemania [MPE]; Sternwarte, Munich, Alemania), L. Pasquini (ESO, Garching, Alemania), R. Saglia (MPE; Sternwarte), M.T. Ruiz (Universidad de Chile, Santiago, Chile), P. Bonifacio (GEPI, Observatoire de Paris, CNRS, Université de Paris Diderot, Francia), L. R. Bedin (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova, Padova, Italia), K. Biazzo (INAF – Osservatorio Astronomico di Catania, Catania, Italia), C. Melo (ESO, Santiago, Chile), C. Lovis (Observatoire de Genève, Suiza) y S. Randich (INAF – Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Florencia, Italia).