Cheops y el descubrimiento del extraño exoplaneta de Nu2 Lupi

CHEOPS (CHaracterising ExOPlanet Satellite, por sus siglas en inglés) es el satélite cazador de exoplanetas de la Agencia Espacial Europea (ESA). Lanzado en diciembre de 2019, Cheops está diseñado para observar estrellas cercanas conocidas por albergar planetas y se centra en el rango de tamaño de súper Tierras a mini Neptunos. Al medir con gran precisión los cambios en los niveles de luz provenientes de estos sistemas a medida que los planetas orbitan sus estrellas, Cheops puede extraer las características de estos planetas y, a su vez, aumentar nuestra comprensión de cómo se forman y evolucionan.

Recientemente, Cheops ha realizado un nuevo e inesperado descubrimiento, un tercer planeta cruzando delante de su estrella mientras exploraba dos exoplanetas ya conocidos alrededor de esa misma estrella. Este tránsito, según los investigadores, revelará detalles emocionantes sobre un planeta raro “sin equivalente conocido”.

El descubrimiento es uno de los primeros resultados de CHEOPS y la primera vez que se ha visto un exoplaneta con un período de más de 100 días transitando una estrella que es lo suficientemente brillante como para ser visible a simple vista.

Esta brillante estrella similar al Sol, llamada Nu2 Lupi, se encuentra a poco menos de 50 años luz de la Tierra en la constelación de Lupus (el Lobo). En 2019, el buscador de planetas de velocidad radial de alta precisión HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile descubrió tres exoplanetas en el sistema (llamados 'b', 'c' y 'd') con masas similares a las de la Tierra y Neptuno y órbitas de 11.6, 27.6 y 107.6 días. Posteriormente, el satélite de reconocimiento de exoplanetas en tránsito TESS de la NASA descubrió que los dos planetas más internos, b y c, transitaban Nu2 Lupi, convirtiéndola en una de las tres únicas estrellas a simple vista que albergan múltiples planetas en tránsito.

"Los sistemas en tránsito como Nu2 Lupi son de suma importancia en nuestra comprensión de cómo se forman y evolucionan los planetas, ya que podemos comparar varios planetas alrededor de la misma estrella brillante en detalle", explica Laetitia Delrez, investigadora de la Universidad de Lieja (Bélgica) y autora principal del nuevo hallazgo, que ha sido publicado en Nature Science.

“Nos propusimos basarnos en estudios previos de Nu2 Lupi y observar los planetas b y c cruzando delante de Nu2 Lupi con CHEOPS, pero durante un tránsito del planeta c vimos algo asombroso: un tránsito inesperado por el planeta 'd', que se encuentra más lejos en el sistema”, añade.

Los tránsitos planetarios crean una valiosa oportunidad para estudiar la atmósfera, la órbita, el tamaño y la composición de un planeta. Un planeta en tránsito bloquea una pequeña pero detectable proporción de la luz de su estrella cuando cruza frente a esta, y fue esa gota de luz lo que llevó a los investigadores a su descubrimiento. Dado que los exoplanetas de largo período orbitan tan lejos de sus estrellas, las posibilidades de ver uno durante un tránsito son increíblemente bajas, lo que hace que el hallazgo de CHEOPS sea una verdadera sorpresa.

Utilizando las capacidades de alta precisión de CHEOPS, se descubrió que el planeta d tenía aproximadamente 2,5 veces el radio de la Tierra y se confirmó que tardar poco más de 107 días en dar una vuelta alrededor de su estrella. Además, utilizando observaciones de archivo de telescopios terrestres, se encontró que tenía una masa 8.8 veces mayor que la de la Tierra.

“La cantidad de radiación estelar que llega al planeta d también es leve en comparación con muchos otros exoplanetas descubiertos; en nuestro Sistema Solar, Nu2 Lupi d orbitaría entre Mercurio y Venus”, indica Mahmoudreza Oshagh, investigador postdoctoral senior del IAC y coautor del trabajo. “Combinado con su brillante estrella madre, un largo período orbital y la idoneidad para la caracterización de seguimiento, esto permite que el planeta d sea enormemente emocionante: es un objeto excepcional sin equivalente conocido, y seguramente será un objetivo primordial para futuros estudios”.

La mayoría de los exoplanetas de períodos prolongados en tránsito descubiertos hasta la fecha se han encontrado alrededor de estrellas que son demasiado débiles para permitir observaciones detalladas de seguimiento, lo que significa que se sabe poco sobre las propiedades de sus planetas. Nu2 Lupi, sin embargo, es lo suficientemente brillante como para ser un objetivo atractivo para otros potentes telescopios situados en el espacio, como el telescopio espacial Hubble, de la ESA, el próximo telescopio espacial James Webb, o grandes observatorios en tierra. “Dadas sus propiedades generales y su órbita, esto consigue que el planeta d sea un objetivo excepcionalmente favorable para estudiar un exoplaneta con una atmósfera de temperatura suave alrededor de una estrella similar al Sol”, agrega Laetitia Delrez.

Al combinar nuevos datos de CHEOPS con datos de archivo de otros observatorios, los investigadores descubrieron que el planeta b es principalmente rocoso, mientras que los planetas c y d parecen contener grandes cantidades de agua envueltas en envolturas de gases de hidrógeno y helio. De hecho, los planetas c y d contienen mucha más agua que la Tierra: una cuarta parte de la masa de cada planeta está compuesta de agua, en comparación con menos del 0,1% de la Tierra. Esta agua, sin embargo, no es líquida, sino que toma la forma de hielo a alta presión o vapor a alta temperatura.

“Si bien ninguno de estos planetas sería habitable, su diversidad hace que el sistema sea aún más emocionante y una gran perspectiva de futuro para probar cómo se forman y cambian estos cuerpos con el tiempo”, señala Enric Pallé, investigador del IAC y coautor del trabajo. “También existe la posibilidad de buscar anillos o lunas en el sistema Nu2 Lupi, ya que la exquisita precisión y estabilidad de CHEOPS podría permitir la detección de cuerpos de aproximadamente el tamaño de Marte”, indica.