En busca de los anillos planetarios de Cheshire: La luz estelar dispersada podría revelar la presencia de exoplanetas con anillos

¿Qué tienen en común los (hipotéticos) exoplanetas con anillos y Cheshire, el gato de Alicia en el país de las Maravillas?

Chesire, el gato mágico de alicia en el país de las Maravillas, tiene la capacidad de desaparecer a voluntad dejando visible únicamente su amplia sonrisa. De forma análoga, algunos exoplanetas, particularmente aquellos que tienen anillos alrededor, podrían desvanecerse y reaparecer “de la nada”  en otro punto de su órbita según la más reciente publicación del Núcleo de Formación Planetaria, que fue liderada por el investigador postdoctoral Mario Sucerquia. ¿Cómo es esto posible?

Si bien es cierto que todavía no ha sido detectado el primer planeta como Saturno alrededor de una estrella lejana, desde hace varios años se ha hecho un esfuerzo teórico notable para preparar el terreno y lograr esta primera detección. En primer lugar, para detectar un planeta alrededor de otra estrella mediante el método de los tránsitos es necesario que dicho objeto se interponga entre el observador y la estrella, generando una pequeña disminución en el brillo estelar. Esta atenuación del brillo será proporcional al tamaño del planeta, pero si este planeta posee anillos, este opacamiento será mucho más notorio, pues por su tamaño, los anillos eclipsarán un área mayor del disco estelar.

En esta nueva investigación titulada “Scattered light may reveal the existence of ringed exoplanets” publicada en la prestigiosa revista MNRAS, en la que también participaron los investigadores del NPF Matías Montesinos y Amelia Bayo, en cooperación con Jaime A. Alvarado-Montes de la Universidad de Macquarie en Australia y Jorge Zuluaga de la Universidad de Antioquia en Colombia, proponen un método complementario para detectar y caracterizar la órbita de planetas con anillos en el que no requiere que se produzca un tránsito planetario; es decir, que favorece la detección de sistemas planetarios que tienen una orientación “de cara” respecto a los observatorios en tierra y en órbita.

La detección de los anillos requerirá (al menos para este estado de la investigación) que los anillos tengan una leve inclinación respecto al plano de la órbita planetaria, y que se encuentren relativamente cerca de la estrella. Esta primera condición no es rara, pues los anillos planetarios del sistema solar poseen inclinaciones significativas, por ejemplo, de ~27 grados para los anillos de Saturno y de 96 grados para Urano. La segunda es más hipotética pues se presume que los planetas gigantes cercanos a sus estrellas pueden poseer sistemas complejos de anillos de roca alrededor.

¿Cómo es que estos planetas pueden desvanecerse y aparecer de la nada? La respuesta se basa en que los anillos conservan su orientación a lo largo de la órbita planetaria alrededor de su estrella. Esto hará que el planeta en su paso del periapsis (posición q) reflejen hacia el observador en Tierra una importante fracción de la luz estelar y en el apoapsis (posición Q) la dispersen en la dirección contraria, tal como se muestra en la siguiente figura. Por su parte, el planeta seguirá reflejando una pequeña porción de la luz estelar hacia el observador a lo largo de toda su órbita.  La intensidad de la luz reflejada depende de diversos parámetros físicos y orbitales de los anillos y el planeta, entre estos, el albedo del planeta y de los anillos, sus tamaños, la excentricidad de la órbita y la distancia media del planeta a la estrella.

¿Cómo se ve este efecto desde la Tierra?

Desde la Tierra estos objetos ofrecen un espectáculo singular: los tránsitos planetarios producen una disminución en el brillo estelar, mientras que los sistemas propuestos por Sucerquia et al. daría lugar a un fenómeno inusual que podría detectarse como un aumento / disminución gradual de la intensidad de la luz estelar (es decir, debido a la alta reflexión producida por los anillos). Después de ver el panel superior de la siguiente figura, podemos pensar en este efecto como una especie de tránsito invertido.

Observaciones fotométricas de alta precisión y estabilidad podrían detectar una situación muy interesante y enigmática: a lo largo de la órbita, verían como un punto tenue (el planeta) súbitamente aumentaría su brillo y posteriormente, de forma gradual desaparecería dejando apenas un sutil rastro: la reflexión de la luz estelar por la atmósfera del planeta.

Además, a partir de la medida del cambio del brillo estelar es posible inferir algunas características físicas y orbitales de estos exoplanetas anillados; entre otros, es posible determinar el periodo orbital, la distancia media del planeta a la estrella, la excentricidad orbital y el tamaño de los anillos y el planeta, además, prometen los investigadores, en el futuro será posible determinar, incluso, algunas propiedades tan exóticas como los campos magnéticos planetarios a partir de la medida de la luz polarizada reflejada por los anillos.

La detección de este tipo de sistemas requiere equipos de alta sensibilidad, sin embargo, sondas espaciales como TESS, CHEOPS tienen la sensibilidad suficiente para realizar tales detecciones. Telescopios como el JWST cuyas sensibilidad se estima que puede ser del orden de unas pocas partes por millón promete un torrente de detecciones de características como lunas y anillos planetarios como los acá descritos.

A pesar de lo exótico que parece este fenómeno, hay registros históricos que evidencian acontecimientos similares cuando hacia 1610 Galileo Galilei apuntó con su telescopio hacia Saturno, describiendo lo que observó como “un planeta con orejas” que posteriormente se fueron diluyendo. Este evento puede ser explicado mediante dos fenómenos: la inclinación de los anillos de Saturno y la proyección del área de estos en la dirección hacia la Tierra.

Para concluir, según Carroll en su novela, el Gato de Cheshire tiene la habilidad de desaparecer  gradualmente hasta que no queda nada más que su gran sonrisa, haciendo notar a Alicia que muchas veces habrá podido ver a un gato sin sonrisa, pero nunca una sonrisa sin gato. De este mismo modo son los anillos de Cheshire: hemos visto miles de planetas sin anillos, con este método será posible ver primero el anillo antes que el planeta.

Paper científico 

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