Astrónomos han revelado un sistema formado por seis exoplanetas, cinco de los cuales están encerrados en un ritmo poco común alrededor de su estrella central, usando una combinación de telescopios.

Los investigadores creen que el sistema podría proporcionar pistas importantes sobre cómo se forman y evolucionan los planetas, incluidos los del Sistema Solar, según publican en la revista Astronomy & Astrophysics.

La primera vez que el equipo observó TOI-178, una estrella situada a unos 200 años luz en la constelación del Escultor, pensaron que había visto dos planetas que giraban alrededor de ella en la misma órbita. Sin embargo, un examen más detallado reveló algo totalmente diferente.

"A través de observaciones posteriores nos dimos cuenta de que no había dos planetas orbitando la estrella aproximadamente a la misma distancia de ella, sino más bien varios planetas en una configuración muy especial", explica en un comunicado Adrien Leleu, de la Université de Ginebra y la Universidad de Berna, en Suiza, quien dirigió el estudio.

La nueva investigación ha revelado que el sistema cuenta con seis exoplanetas y que todos menos el más cercano a la estrella están encerrados en una danza rítmica mientras se mueven en sus órbitas. En otras palabras, están en resonancia. Esto significa que hay patrones que se repiten a medida que los planetas giran alrededor de la estrella, y algunos planetas se alinean cada pocas órbitas.

Se observa una resonancia similar en las órbitas de tres de las lunas de Júpiter: Io, Europa y Ganímedes. Io, el más cercano de los tres a Júpiter, completa cuatro órbitas completas alrededor de Júpiter por cada órbita que hace Ganímedes, la más lejana, y dos órbitas completas por cada órbita que hace Europa.

Los cinco exoplanetas exteriores del sistema TOI-178 siguen una cadena de resonancia mucho más compleja, una de las más largas descubiertas hasta ahora en un sistema de planetas. Mientras que las tres lunas de Júpiter se encuentran en una resonancia 4:2:1, los cinco planetas exteriores del sistema TOI-178 siguen una cadena 18:9:6:4:3: mientras que el segundo planeta desde la estrella (el primero en la cadena de resonancia) completa 18 órbitas, el tercer planeta desde la estrella (segundo en la cadena) completa 9 órbitas, y así sucesivamente.

De hecho, los científicos solo encontraron inicialmente cinco planetas en el sistema, pero siguiendo este ritmo de resonancia calcularon en qué punto de su órbita se encontraría un planeta adicional la próxima vez que tuvieran una ventana para observar el sistema.

Más que una simple curiosidad orbital, este baile de planetas proporciona pistas sobre el pasado del sistema. "Las órbitas de este sistema están muy bien ordenadas, lo que nos indica que este sistema ha evolucionado con bastante suavidad desde su nacimiento -explica el coautor Yann Alibert, de la Universidad de Berna-. Si el sistema se hubiera visto perturbado de forma significativa en un momento anterior de su vida, por ejemplo por un impacto gigante, esta frágil configuración de órbitas no habría sobrevivido".

Pero incluso si la disposición de las órbitas es ordenada, las densidades de los planetas "son mucho más desordenadas", asegura Nathan Hara, de la Universidad de Ginebra, quien también participó en el estudio.

"Parece que hay un planeta tan denso como la Tierra justo al lado de un planeta muy esponjoso con la mitad de la densidad de Neptuno, seguido de un planeta con la densidad de Neptuno -señala-. No es a lo que estamos acostumbrados". En nuestro Sistema Solar, por ejemplo, los planetas están colocados de forma ordenada, con los planetas rocosos y más densos más cerca de la estrella central y los planetas gaseosos esponjosos y de baja densidad más lejos.

"Este contraste entre la armonía rítmica del movimiento orbital y las densidades desordenadas ciertamente desafía nuestra comprensión de la formación y evolución de los sistemas planetarios", dice Leleu.

Para investigar la arquitectura inusual del sistema, el equipo utilizó datos del satélite CHEOPS de la Agencia Espacial Europea, junto con el instrumento terrestre ESPRESSO en el VLT de ESO y el NGTS y SPECULOOS, ambos ubicados en el Observatorio Paranal del ESO, en Chile.

Dado que los exoplanetas son extremadamente difíciles de detectar directamente con telescopios, los astrónomos deben confiar en otras técnicas para detectarlos.

Los principales métodos utilizados son los tránsitos de imágenes (observar la luz emitida por la estrella central, que se atenúa cuando un exoplaneta pasa frente a ella cuando se observa desde la Tierra) y las velocidades radiales (observar el espectro de luz de la estrella en busca de pequeños signos de oscilaciones), que ocurren a medida que los exoplanetas se mueven en sus órbitas. El equipo utilizó ambos métodos para observar el sistema: CHEOPS, NGTS y SPECULOOS para tránsitos y ESPRESSO para velocidades radiales.

Al combinar las dos técnicas los astrónomos pudieron recopilar información clave sobre el sistema y sus planetas, que orbitan su estrella central mucho más cerca y mucho más rápido que la Tierra orbita al Sol.

El más rápido (el planeta más interno) completa una órbita en solo un par de días, mientras que el más lento tarda unas diez veces más. Los seis planetas tienen tamaños que van desde aproximadamente una hasta aproximadamente tres veces el tamaño de la Tierra, mientras que sus masas son de 1,5 a 30 veces la masa de la Tierra.

Algunos de los planetas son rocosos, pero más grandes que la Tierra y se les conocen como super-tierras. Otros son planetas gaseosos, como los planetas exteriores de nuestro Sistema Solar, pero son mucho más pequeños y se les llama mini-neptunos.

Aunque ninguno de los seis exoplanetas encontrados se encuentra en la zona habitable de la estrella, los investigadores sugieren que, al continuar la cadena de resonancia, podrían encontrar planetas adicionales que podrían existir en esta zona o muy cerca de ella.

El Extremely Large Telescope (ELT) del ESO, que comenzará a operar esta década, podrá obtener imágenes directamente de exoplanetas rocosos en la zona habitable de una estrella e incluso caracterizar sus atmósferas, presentando una oportunidad para conocer sistemas como TOI-178 en incluso mayor detalle.