Título: GJ 367b: A dense ultra-short period sub-Earth planet transiting a nearby red dwarf star
Autores: Kristine W. F. Lam, Szilárd Csizmadia, et al.
Institución del primer autor: Universidad Técnica de Berlín y el Centro Aesroespacial Alemán.
Estado: Publicado en Science, disponible en arXiv
Astrobite original: I am Iron Exoplanet: Meet GJ 367b, a dense sub-Earth por Lili Alderson
Por muy especial que nos guste pensar que es la Tierra, los planetas pequeños están a nuestro alrededor; se espera que el tipo más común de estrellas en la vecindad solar, las enanas M, alberguen un promedio de 2.5 planetas más pequeños que 4 radios terrestres. Pero estos planetas no siempre son fáciles de encontrar. Un radio pequeño significa que la señal de tránsito, la cantidad de luz bloqueada cuando el planeta pasa frente a su estrella anfitriona, es solo una pequeña fracción del flujo estelar total. Además, la señal de la velocidad radial (RV), una medida de cuánto la atracción gravitacional del planeta lo desplaza del espectro observado de su estrella, es difícil de detectar debido a la baja masa y, por lo tanto, es pequeño impacto gravitacional que tiene el planeta sobre la estrella. Detectar estos planetas alrededor de enanas M es un poco más fácil que alrededor de estrellas similares al Sol gracias a los radios y masas estelares más pequeños de las enanas M, sin embargo, no siempre es tan simple. Las enanas jóvenes M pueden ser extremadamente activas, con manchas estelares que pueden confundirse con tránsitos y destellos que complican la estimación del flujo estelar total, complicando las detecciones de tránsito, mientras que el ruido adicional de su actividad dificulta mucho la detección de una señal de RV.
Sin embargo, a pesar de todos estos desafíos, el satélite TESS (por sus siglas en inglés de Transiting Exoplanet Survey Satellite) ya ha encontrado varios exoplanetas rocosos pequeños orbitando estrellas enanas M, y se espera que encuentre muchos más a medida que continúa su misión extendida. De hecho, el más nuevo de estos planetas, GJ 367b, ¡es posiblemente uno de los más intrigantes hasta ahora!
El sistema GJ 367
La enana M GJ 367 fue observada por TESS en marzo de 2019 y se marcó como un potencial planeta huésped después de que su curva de luz mostrara una caída regular del 0.03% cada 0.32 días. Con una señal que indica un planeta candidato aproximadamente 0.75 veces el radio de la Tierra, los autores del artículo de hoy trabajaron para verificar que la señal fuera real con observaciones de seguimiento desde la Tierra utilizando dos telescopios diferentes: el telescopio Rapid Eye Mount en La Silla y la Red Global de Telescopios del Observatorio Las Cumbres.
Usando estas medidas, pudieron descartar que la señal pudiera haber sido causada por la enana M como parte de un sistema binario eclipsando. También encontraron que la contaminación de otras estrellas cercanas estaba causando que el radio candidato se subestimara en el análisis de la curva de luz de TESS.
Para entender las propiedades físicas del nuevo planeta, los autores combinaron los tránsitos de TESS con las mediciones de RV del espectrógrafo HARPS en La Silla, y simultáneamente modelaron ambos conjuntos de datos utilizando un código Monte Carlo de Markov, como se muestra en la Figura 1. El nuevo planeta, llamado GJ 367b, orbita en 7.7 horas a la velocidad de un rayo y está lo suficientemente cerca de su estrella que su lado diurno alcanza una temperatura de 1700 K, lo que es suficientemente caliente como para evaporar cualquier atmósfera si el planeta pudiera retener una. Con un radio 0.718 veces mayor que el de la Tierra y con aproximadamente la mitad de la masa, GJ 367b es uno de los exoplanetas más pequeños con medidas bien estimadas, ¡y con un una súper densidad de 8 g. cm-3!
Figura 1. Ajuste de los datos del nuevo exoplaneta GJ 367b. La parte superior muestra la curva de luz de tránsito de TESS y los residuos, con una duración del tránsito de 29 minutos. El panel de abajo muestra las mediciones de HARPS RV y los residuos de la estrella anfitriona, con los puntos negros que muestran los datos agrupados en intervalos de ~ 45 minutos. Esto muestra que la velocidad de cambio máxima causada por la atracción gravitacional de GJ 367b fue de 80 cm/s. Crédito: Figura 1 del artículo original
¿Es el GJ 367b otro súper Mercurio?
La densidad similar a la del hierro hace que GJ 367b sea considerablemente más denso que otros exoplanetas con períodos ultracortos, como se muestra en la Figura 2, y es poco probable que sea un planeta puramente rocoso o más parecido a la Tierra. Por lo tanto, los autores investigaron su composición potencial utilizando una red de mezclado de densidad (MDN, por sus siglas en Inglés de Mixture Density Network), una técnica de aprendizaje automático que se puede utilizar para predecir la composición del interior de los planetas.
Figura 2: Las masas y los radios de exoplanetas pequeños conocidos. Los exoplanetas están en código de colores de acuerdo con sus temperaturas diurnas, mientras que los planetas del sistema solar se muestran con diamantes negros. Las líneas discontinuas de densidad representan diferentes composiciones posibles, con menos densidad que el agua y mundos rocosos hacia la parte superior, y aquellos con núcleos de hierro cada vez más grandes hacia la parte inferior. Crédito: figura 2 del artículo original.
El MDN descubrió que GJ 367b probablemente tiene un núcleo de hierro que ocupa el 86% de su radio, y la mayoría del resto consiste en el manto del planeta. Esto es similar al tamaño del núcleo de hierro de Mercurio, medido en 83% por la nave espacial MESSENGER, y también obtenido por MDN. Aunque la masa y el radio del planeta están bien restringidos, existe un amplio rango de densidades, por lo que estos resultados no son certeros.
Sin embargo, incluso en su densidad más baja posible, los autores señalan que la fracción de radio de su núcleo de hierro aún sería más grande que la de la Tierra, por lo que, aunque GJ 367b podría no ser un verdadero “súper Mercurio“, y es aun un poco más complicado ser “similar a la Tierra”.
Astrobite editado por Alice Curtin
Crédito de la imagen de portada: SPP 1992 (Patricia Klein)
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