Planetas en los suburbios

• Título del artículo original: “HD 106906: A Case Study for External Perturbations of a Debris Disk”
• Autores: Erika R. Nesvold, Smadar Naoz y Michael P. Fitzgerald
• Institución del primer autor: Carnegie Institution for Science, Washington DC, Estados Unidos
• Estado de la publicación: Publicado en Astrophysical Journal Letters el 1 de marzo de 2017.

 

Con más de mil planetas descubiertos alrededor de otras estrellas, los astrónomos estamos más cerca de comprender dónde, cuándo y cómo se forman planetas alrededor de estrellas jóvenes. Sin embargo, de vez en cuando aparece algún exoplaneta nuevo, que desafía nuestro entendimiento de sistemas planetarios. Éste fue el caso de HD 106906b, descubierto en 2013 por Vanessa Bailey de la Universidad de Arizona y sus colaboradores  (ver publicación aquí). La prensa apodó a este planeta “el planeta que no debería estar ahí”, debido a que orbita alrededor de su estrella a una distancia de unas 650 unidades astrónomicas. HD 106906b es aproximadamente 11 veces más masivo que Júpiter y es, hasta donde sabemos, el planeta más alejado de su estrella. Fue descubierto por su emisión en el infrarrojo, ya que su temperatura es apenas unos 1500 °C. Para ello, se utilizó el telescopio Magellan Adaptive Optics, que es capaz de corregir las perturbaciones atmosféricas en tiempo real para poder tomar imágenes de alta definición en el infrarrojo (ver Figura 1). Cuando se “fotografió” la estrella HD 106906, se encontró a su compañero planetario. A esta manera de encontrar nuevos exoplanetas se la conoce como detección directa.

Cabe destacar que la detección directa, como en este caso, no es el método por el que se encuentran la mayoría de los exoplanetas. Gran parte de los exoplanetas conocidos se encuentran por el tirón gravitacional que ejercen sobre su estrella (método de velocidad radial) o porque ocultan parte de la luz estelar cuando pasan por delante su ella (método del tránsito). Estos otros métodos de detección de exoplanetas funcionan mejor cuánto más cerca se encuentra el planeta de su estrella, así que no es del todo sorprendente que la mayoría de los planetas de los que tenemos noticia estén más cerca de su estrella. Por si fuera poco, este sistema es muy joven: tan sólo tiene 13 millones de años mientras que nuestro sistema solar tiene aproximadamente 4600 millones de años, de modo que el caso de HD 106906b es un descubrimiento muy excitante.

El hallazgo de HD 106906b dejaba detrás muchas preguntas. En el momento de su descubrimiento, no se pensaba que un planeta tan masivo se pudiera formar tan lejos de su estrella, de modo que se propuso que su lugar de nacimiento estaba mucho más cerca de la estrella pero que con el tiempo el planeta había migrado hasta su posición actual. Otras propuestas incluían la presencia de otros planetas en el sistema, aún no descubiertos. A estas alturas, el disco de material alrededor de la estrella ha perdido casi todo su gas y está compuesto mayoritariamente por partículas de polvo. A esta estructura se la conoce como disco de escombros, y se puede observar gracias a su emisión en el infrarrojo. Los autores del artículo que hoy analizamos utilizan la estructura del disco de escombros alrededor de la estrella para responder preguntas sobre la formación del planeta HD 106906b y su influencia en el resto del sistema.

Los autores utilizan dos tipos de simulaciones para reproducir el disco de escombros: una en la que las partículas de polvo no interaccionan y un código más sofisticado llamado algoritmo para colisiones en cinturones de Kuiper y discos de escombros por el método de superpartículas (Superparticle-Method Algorithm for Collisions in Kuiper belts and debris disks o SMACK, en inglés). En este segundo y sofisticado método, las partículas de polvo pueden chocar y fragmentarse, que es lo que esperaríamos en la realidad. Las condiciones iniciales incluyen 10.000 superpartículas de polvo, además de la estrella y el planeta. El sistema se deja evolucionar 15 millones de años (ver Figura 2). Los resultados muestran que la introducción de colisiones y fragmentación no es demasiado importante a la hora de modelar las características del disco de escombros, ya que los resultados de ambas simulaciones son muy parecidos. Los gráficos de la figura 2 muestran que el disco se inclina y se vuelve excéntrico con el paso del tiempo, debido a las perturbaciones que el planeta ejerce; tal y como se observa en los datos.

Con el resultado de su simulación, los autores pueden reproducir la emisión que se observa en el infrarrojo y poner límites a la órbita de HD 106906b. La presencia del planeta ejerce influencia gravitacional sobre el disco, que podría llegar a ser tan intensa que incluso destruyera el disco al inducir colisiones, por ejemplo. Los resultados reproducen todas las características morfológicas observadas en el disco de escombros: la parte oeste del disco se extiende a mayores distancias pero la parte este es más brillante, el disco se observa inclinado a unos 21° y no tiene estructura vertical en las regiones interiores. La figura 3a muestra qué deberíamos observar según las simulaciones, y dentro de la precisión de las observaciones el resultado es bastante exacto.

La forma del disco también ha permitido conocer detalles de la órbita del planeta. La órbita es muy excéntrica e inclinada unos 8.5° (ver Figura 3b). Su presencia ha inducido la excentricidad e inclinación en el disco de escombros, sin necesidad de incluir otros planetas en el sistema. Además, el hecho de que el disco sea casi inexistente en las regiones interiores es indicativo de que la posición del planeta siempre ha sido exterior al disco, apuntando a que HD 106906b se formó a las distancias a las que hoy lo observamos. Este estudio ha demostrado que escenarios que hasta ahora no se creían posibles, no solamente existen sino que se pueden estudiar en detalle.