¡Planetas huérfanos!

Título original: “Searching for Free-Floating Planets with TESS: I. Discovery of a First Terrestrial-Mass Candidate”

Autoras/es: Michelle Kunimoto, William DeRocco, Nolan Smyth, and Steve Bryson

Institución de la primera autora: Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, Estados Unidos

Estado del artículo: Enviado a MNRAS, acceso abierto en https://arxiv.org/abs/2404.11666

Muchos y muchas de ustedes saben que vivimos en el planeta Tierra y que nuestro planeta orbita alrededor de una estrella que es el Sol. Sin embargo, ¿me creerían si les cuento que no todos los planetas de la Vía Láctea (o en el resto del Universo) tienen una estrella“madre”? ¡Sí! Los llamamos “Free-Floating Planets” (FFPs) o planetas que, traduciendo literalmente, “flotan libremente” (…yo me imagino estilo unos globitos flotando por ahí en el aire).

Ahora más en serio, estos planetas, o más bien exoplanetas, se cree que deberían ser comunes en nuestra Galaxia, pero no se sabe tanto sobre ellos. Además, el mecanismo de formación de estos exoplanetas depende de su masa. Los de masas grandes (igual o mayor que Júpiter) se formarían en aislamiento, gracias al colapso de gas, y se encontrarían en el extremo más bajo de la distribución de masas estelares. Algunos de estos planetas podrían retener suficiente calor y ser detectados en el rango infrarrojo, y en el último año se han detectado bastantes de estos.

Si ahora nos movemos a exoplanetas de masas terrestres, éstos se formarían debido a la eyección gravitacional del sistema original, donde las primeras etapas de formación planetaria son bastante caóticas. Los FFPs de masas terrestres deberían ser más comunes comparados con los que se encuentran asociados a un sistema estelar, pero como no emiten tanta energía como los planetas de mayor masa, detectarlos es todo un desafío.

La única forma de poder detectarlos, hasta ahora, es a través de microlentes o “microlensing”, donde el campo gravitacional de un FFP, amplifica la luz de una estrella de fondo (mucho más lejana que el planeta). Hasta ahora se han hecho 3 detecciones de FFP’s usando telescopios terrestres, pero estos telescopios están bastante limitados en cuanto a sensibilidad y debido a la interferencia de la atmósfera.

Aquí es donde los autores del artículo de hoy recurren a usar datos del “Transiting Exoplanet Survey Satellite” o TESS, que ha monitoreado millones de estrellas, y que aunque esta misión está diseñada para detectar tránsitos, su amplio campo de observación y su capacidad de detectar eventos cortos, también la convierten en una gran misión para detectar FFP’s.

En la búsqueda inicial, los autores analizan 1,3 millones de estrellas. Luego de muchísimos filtros y técnicas para descartar o seleccionar posibles candidatos, se obtuvieron 6.524 señales donde lo que faltaba por hacer era distinguir candidatos a FFPs de señales causadas por asteroides. Este proceso constó de 3 etapas: cruzar la lista de candidatos con una lista de asteroides conocidos, analizar los píxeles de cada evento, y luego analizar si los objetos se movían en las coordenadas ecuatoriales (Ver Figura 1).

Figura 1: datos de píxeles mostrando la señal de un asteroide (izquierda) vs. un candidato a FFP (derecha) (Crédito: Figura 1 del artículo).

Después de la selección de asteroides o “no-asteroides”, los autores obtuvieron 122 candidatos que analizaron manualmente, de los cuales uno resultó ser falso positivo y sólo uno pasó la prueba y se convirtió en el primer candidato FFP de masa terrestre. La señal de microlente se observó en la estrella TIC-107150013 (ver Figura 2), que se encuentra a 3.19 kilopársecs (kpc) de distancia y que tiene una masa de casi 13 masas solares (Gaia DR2). Los cálculos para obtener la masa del exoplaneta candidato indican que tendría unas 10 masas terrestres si se encuentra a 2.6 kpc, o menos de 1 masa terrestre si está a ~1 kpc.

Figura 2: curva de luz asociada con el evento de microlente observado en la estrella TIC-107150013, usando diferentes métodos. Las líneas rojas y negras son diferentes ajustes de las respectivas curvas. Ambas curvas de luz muestran una forma muy similar (Crédito: Figura 5 del artículo).

Con este artículo, los autores han demostrado que se puede usar la misión TESS para mejorar significativamente nuestro entendimiento sobre los exoplanetas FFP en el rango de masas terrestres y también sub-terrestres. La búsqueda presentada en este artículo es preliminar, y además se basó en un grupo de estrellas brillantes y bastante pequeño en comparación con todas las estrellas que ha observado TESS. Así que, ¡queda mucho trabajo por delante!