Un planeta viviendo al límite

Título: Direct Imaging Imaging Discovery of an Exoplanet Jupiter Within a Triple Star System
Autores: Kevin Wagner, Daniel APAI, Markus Kasper, Kaitlin Kratter, Melissa McClure, Massimo Robberto, y Jean-Luc BEUZIT
Institución del primer autor: Universidad de Arizona
Estado: Publicado en Science (enviado el 8 de julio de 2016)
Astrobito Original: A Planet Living on the Edge 

En el sistema HD 131399 está teniendo lugar un incesante tira y afloja. El planeta HD 131399Ab, está siendo jalado en dos direcciones. Por un lado está la masiva estrella HD 131399A, mientras que por el otro hay un par de estrellas más pequeñas, HD 131399B y HD131399C. A pesar de que la estrella más masiva va ganando, la batalla está más igualada que nunca. La órbita del planeta apenas es estable: al orbitar lejos de su huésped primario, podría estrellarse hacia el interior o ser arrojado fuera del sistema por completo.

El sistema:
HD 131399 es un sistema estelar triple. La estrella más masiva en el sistema, HD 131399, es una estrella A1 caliente de aproximadamente 1,8 masas solares. A 350 unidades astronómicas (UA) de distancia (1 UA = la distancia de la Tierra al Sol) se encuentran un par de estrellas más pequeñas, una de la masa de nuestro Sol y la otra 40% menos masiva que el Sol. La estrella primaria y el par de estrellas más pequeñas están unidas gravitacionalmente y se orbitan una vez cada 3500 años más o menos. El sistema se encuentra en la asociación Centaurus Superior-Lupus, lo que implica una edad del sistema de 16 Myr (millones de años).

Entre todos ellos, alrededor de 82 UA de la estrella primaria, se encuentra el planeta gigante de gas. Este planeta es cuatro veces más masivo que Júpiter y fue descubierto a través de imágenes directas usando observaciones en el infrarrojo con el Very Large Telescope (VLT). La Figura 1 muestra un esquema del sistema. Este planeta sólo es detectable gracias a la muy joven edad del sistema. La luz que se ve desde el planeta no es reflejo de sus soles sino luz propia del mismo, ya que proviene del enfriamiento desde su etapa inicial formación. Su calor interno implica que la “superficie” del gigante gaseoso tiene una temperatura de 850 K. Su luminosidad y temperatura permitieron que los autores obtuvieran un espectro de la atmósfera de HD 131399Ab, una de las más frías estudiadas hasta la fecha. Con los datos espectroscópicos, se han identificado metano y agua en su atmósfera.

Figura 1 : Panel izquierdo : una configuración orbital posible que el sistema HD 131399 con ‘A ‘ como el primario y ‘ B ‘ y ‘ C ‘ ya que la pareja estelar distante. Panel derecho: una comparación con el sistema solar.

Caracterización orbital:
Encontrar un planeta en un sistema múltiple de estrellas en sí no es demasiado inusual. Existen varios sistemas conocidos. Este sistema, sin embargo, es poco común. HD 131399Ab es el exoplaneta con la órbita más grande que se haya descubierto en un sistema estelar triple. Los sistemas solares con más de un cuerpo son normalmente caóticos. Incluso nuestro propio sistema solar podría perder a Mercurio en unos pocos millones de años. La existencia de múltiples cuerpos masivos como estrellas sólo aumenta el potencial de inestabilidad. Para un hipotético planeta en una órbita estrecha alrededor de la estrella primaria, HD 131399A, los efectos de la pareja de estrellas distantes serían insignificantes. Sin embargo, a medida que el planeta se mueve cada vez más lejos de la primaria, las perturbaciones gravitacionales de la distante pareja de estrellas se hace más grande.

Si el semieje mayor de la órbita del planeta es mayor que ~1/3 del semieje mayor del sistema estelar, probablemente la órbita del planeta es inestable. HD 131399Ab es el planeta conocido más cercano a este criterio inestabilidad. La proporción para HD 131399Ab está en el intervalo 0,14 a 0,38 (véase la Figura 2), lo que significa que existe una posibilidad de que el planeta llegue a estar en una órbita inestable. Los autores ponen a prueba la estabilidad del sistema bajo una gama de posibles configuraciones orbitales y encuentran que, aunque sigue siendo posible, una órbita inestable es una situación poco probable a pesar de la corta edad del sistema.

Figura 2 : Presenta la relación entre el semieje mayor del planeta y el semieje mayor de las estrellas para una variedad de planetas. Si la relación es mayor que ~ 1/3, es probable que el sistema sea inestable. HD 131399Ab es el más cercano planeta conocido que el criterio de inestabilidad con una relación entre 0,14 y 0,38 .

Formación del planeta HD 121399Ab:

Como el par de estrellas distantes habrían inhibido la formación de otros planetas en las regiones exteriores, es poco probable que el planeta se haya formado aislado en esa órbita. En el artículo se describen tres escenarios para la formación del planeta:

• Escenario A: el planeta se formó más cerca de la primaria y se dispersó hacia el exterior por la acción de otro planeta. Esto requiere una órbita altamente excéntrica y otro planeta masivo en una órbita de período corto alrededor de la primaria. El segundo planeta podría ser no detectable teniendo en cuenta la sensibilidad instrumental.
• Escenario B: el planeta se formó como un planeta circumbinario alrededor del par distante y que haya migrado hasta su órbita actual en torno a la estrella más masiva, mediante interacciones con otros planetas o las estrellas del sistema. Este escenario también requiere una órbita muy excéntrica.
• Escenario C: el planeta se habría formado en cualquier parte del sistema, cuando el sistema estelar tenía una configuración diferente. Este escenario no requiere la presencia de otros planetas, pero presenta conflictos en las escalas de tiempo necesarias para hacer que un sistema estelar evolucione significativamente.

Resumen:
HD 131399Ab es uno de los planetas de mayor masa en un sistema estelar triple conocidos hasta la fecha. Aunque su temperatura es suficientemente alta como para permitir estudios espectroscópicos, se trata de uno de los planetas más fríos descubiertos a través de imágenes directas. Además, este planeta tiene la órbita más amplia conocida en un sistema estelar triple, apenas rozando el criterio de inestabilidad. La existencia de este planeta demuestra la capacidad de los planetas de vivir en condiciones físicas impensables hace algunos años, al límite de la estabilidad.