El cuerpo pesa el doble que Neptuno, pero también es un poco más grande y, por lo tanto, tiene una densidad similar. Además, los científicos creen que este planeta, llamado LTT 9779b, debería tener un núcleo enorme de alrededor de 28 masas terrestres y una atmósfera que representa alrededor del 9 % de la masa planetaria total.

El sistema tiene alrededor de la mitad de la edad del Sol, con unos dos mil millones de años. Sin embargo, dada la intensa irradiación estelar, no se esperaría que un planeta similar a Neptuno mantuviera su atmósfera durante tanto tiempo, lo que proporciona un enigma intrigante que resolver: ¿cómo llegó a existir un sistema tan improbable?

«LTT 9779 es una estrella similar al Sol ubicada a una distancia de 260 años luz, a un tiro de piedra en términos astronómicos», comenta Enric Pallé, investigador del IAC y coautor del artículo, quien añade que «es muy rica en metales y tiene el doble de hierro en su atmósfera que el Sol, lo que podría ser un indicador clave de que el planeta era originalmente un gigante gaseoso mucho más grande, ya que estos cuerpos se forman preferentemente cerca de las estrellas con mayor abundancia de hierro».

Satélite TESS

Las indicaciones iniciales de la existencia del Planeta se hicieron utilizando el satélite TESS de la NASA, como parte de su misión de descubrir planetas en tránsito orbitando estrellas cercanas y brillantes en todo el cielo. Estos tránsitos se encuentran cuando un planeta pasa directamente frente a su estrella madre, bloqueando parte de la luz de las estrellas, y la cantidad de luz bloqueada revela el tamaño de la compañera.

La señal de tránsito se confirmó rápidamente a principios de noviembre de 2018 como procedente de un cuerpo de masa planetaria, utilizando observaciones tomadas con el instrumento HARPS (High Accuracy Radial-velocity Planet Searcher), montado en el telescopio de 3,6 m en el Observatorio de La Silla, de la ESO, en el norte de Chile. HARPS utiliza el método de la velocidad radial para medir las masas de los planetas y otras características orbitales. Cuando se encuentran objetos en tránsito, las mediciones de velocidad radial confirman la naturaleza planetaria de una manera eficiente. En el caso de LTT 9779b, el equipo pudo confirmar la naturaleza del planeta después de solo una semana de observaciones.

«El descubrimiento de LTT 9779b tan temprano en la misión TESS fue una completa sorpresa. La mayoría de los eventos de tránsito con períodos de menos de un día resultan ser falsos positivos», explica James Jenkins, profesor del departamento de Astronomía de la Universidad de Chile y autor principal del artículo.

Por su parte, Mike Beasley, investigador del IAC y coautor del artículo, apunta que «es la primera vez que se han detectado estrellas jóvenes con tanta precisión en galaxias masivas, las cuales se pensaba que evolucionaban de forma totalmente pasiva».

Además, según Francesco La Barbera, investigador del INAF y coautor del artículo, «este resultado muestra claramente que la formación y evolución de galaxias masivas sigue siendo una cuestión abierta en la Cosmología Observacional, y que necesitamos avanzar en nuestra comprensión de su contenido de población estelar».

Los resultados de este trabajo proporcionan condiciones claves para las simulaciones teóricas que permiten construir modelos que expliquen mejor la formación y evolución de las galaxias.

Al final de su vida, alrededor del 95 % de las estrellas evolucionan a gigantes rojas que se desprenden de su masa a través de lo que se conoce como un viento estelar. Eventualmente, se desvanecen en forma de nebulosas planetarias con un núcleo estelar caliente llamado enana blanca.

Personal investigador de 14 instituciones científicas europeas, entre las que se encuentra el IAC, detectaron la existencia de una interacción binaria que había pasado inadvertida para la comunidad científica. Esta nueva investigación aporta una explicación alternativa a las altas tasas de pérdida de masa que se suponía regían el final de la vida de las estrellas gigantes más masivas.

El artículo

El trabajo que publicó ayer la revista Nature Astronomy revela que estas estrellas pierden masa a un ritmo mucho menor del que se pensaba. El viento estelar no es más intenso de lo normal, pero se ve afectado por una pareja que, hasta ahora, se había pasado por alto: una segunda estrella que rodea a la gigante roja. Que este proceso sea más lento de lo esperado impacta enormemente en la forma de entender cómo mueren las estrellas. Como consecuencia de este descubrimiento, se desprende que las estrellas gigantes más masivas necesitan más tiempo para depositar sus entrañas químicamente ricas en su entorno, afectando al enriquecimiento del medio interestelar y, por tanto, a la evolución química de la galaxia.

El único observatorio que podía facilitar información detallada del desconcertante superviento en la última fase de la vida de las estrellas gigantes más masivas es ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), instalado en el desierto de Atacama (Chile). “Los datos recogidos mostraban una estructura espiral que confirma que estas estrellas no son individuales, sino que tienen una compañera binaria”, explica Aníbal García Hernández, investigador del IAC y de la ULL y coautor del artículo. Y añade: “La interacción con esa compañera da como resultado una morfología de viento bastante compleja, en forma de espiral incompleta. Los datos anteriores carecían de la resolución espacial y la sensibilidad que proporciona ALMA y no permitían a los astrónomos encontrar las características asociadas con la presencia de una estrella binaria”.

La interpretación de ALMA, dentro de este nuevo contexto, ha mostrado de manera convincente que la última fase evolutiva de estas estrellas viejas no está caracterizada por un corto “superviento extremo”, sino más bien por una fase de “viento normal” mucho más larga. En otras palabras, “las viejas estrellas tardan más en morir”, o también, “las viejas estrellas viven más”.

Ahora, la comunidad científica investiga si la existencia de un sistema binario podría explicar el comportamiento de otras gigantes rojas especiales. “Creíamos que muchas estrellas vivían solas, pero probablemente tendremos que ajustar esta idea”, aclara Leen Decin, autora principal del artículo y profesora de la Universidad Católica de Leuven. Y concluye: “Es probable que una estrella con una pareja sea más común de lo que pensábamos”.

• Nota de prensa y fotografía cedidas por el IAC.

“Es la primera vez que vemos una estrella individual magnificada tan lejana”, explica Patrick Kelly, investigador de la Universidad de Minnesota y líder de este estudio. Y añade: “Somos capaces de ver galaxias muy lejanas, pero esta está 100 veces más lejos que la siguiente individual que podemos analizar, excepto si contamos las explosiones de supernova ”.

La peculiaridad cósmica que ha permitido verla es un fenómeno conocido como “lente gravitacional”. La gravedad de un cúmulo muy masivo de galaxias actúa como una gran lupa cósmica amplificando la luz de objetos más distantes. En este caso, la lente natural está creada por el el conjunto llamado MACS J1149+2223, situado a unos 5.000 millones de años luz de la Tierra. Combinándola con la resolución y sensibilidad del Hubble se ha conseguido analizar.

En la indagación han colaborado, entre otros, José Diego, del Instituto de Física de Cantabria (IFCA), Steven Rodney, de la Universidad de Carolina del Sur, Columbia (Estados Unidos), Pablo Pérez González, de la Universidad Complutense de Madrid (UCM), Tom Broadhurst, de la Universidad del País Vasco (UPV), e Ismael Pérez Fournon, del IAC y de la ULL.

Pérez Fournon: «Ícaro es mucho más grande, masiva, caliente y, posiblemente, miles de veces más brillante que el Sol»

Aunque su nombre oficial es MACS J1149+2223 Estrella Lentificada 1, el grupo ha decidido llamarla como el personaje de la mitología griega que se acercó demasiado al Sol con sus alas de plumas y cera. “Pudimos establecer que Ícaro es una estrella supergigante azul. Es mucho más grande, masiva, caliente y, posiblemente, miles de veces más brillante que el Sol, pero que, a la distancia a la que se encuentra, es imposible observarla de manera individual incluso para Hubble, salvo que contemos con el fenómeno de lente gravitacional”, comenta Pérez Fournon.

Pérez González explica que “hasta 2016 solo era posible detectar astros individuales en las galaxias de al lado de la Vía Láctea. Hoy ya es posible ver una estrella individual, muy parecida a Rigel, que está en el otro lado del Universo, y que de hecho ya no existe.” Asimismo, puntutaliza que el único telescopio que detectó esta estrella tan lejana desde Tierra fue el Gran Telescopio Canarias.

Según el investigador del IFCA, y líder del artículo teórico que acompaña a la publicación original, “si la materia oscura estuviese compuesta por agujeros negros similares a los que está detectando LIGO (Observatorio de ondas gravitatorias por interferometría láser), la señal observada de Ícaro hubiera sido muy distinta, con lo cual podemos descartar este tipo de candidatos”. Por su parte, Broadhurst, señala también que “este tipo de estudios permitirá en el futuro acotar otros modelos de materia oscura, como por ejemplo aquellos que postulan partículas de materia oscura súperligeras y con efectos cuánticos”.

Además, en mayo de 2016, al lado de Ícaro apareció otra imagen nueva que parece indicar que no se trata de una única, sino que estaríamos hablando de un sistema binario, con dos estrellas orbitando una alrededor de la otra.

Los cuerpos celestes en las constelaciones tienen dos tipos de movimiento básico: orbitando alrededor de su centro de forma regular en un disco ordenado o en órbitas orientadas al azar sin un claro sentido de rotación. Si supusiésemos que se comportan del mismo modo que lo hace el Sistema Solar, podríamos pensar que, a medida que los objetos se alejan de su centro, disminuye la velocidad a la que orbitan en torno a él. Sin embargo, en el caso de las galaxias, esto no tiene por qué cumplirse, ya que hay otros factores que influyen en la velocidad a la que giran estos cuerpos, como pueden ser las dimensiones, la influencia gravitatoria de otras o la cantidad de materia oscura que la compone.

Un equipo internacional de astrofísicos, entre los que se encuentra el investigador del IAC y la Universidad de La Laguna Jesús Falcón Barroso, coordinador del proyecto CALIFA (Calar Alto Legacy Integral Field Area Survey) en el IAC y uno de los autores del artículo publicado en Nature Astronomy, ha recogido datos de 600 constelaciones cercanas a la Vía Láctea con el Espectrofotómetro de Apertura Múltiple de Potsdam (PMAS, por sus siglas en inglés) ubicado en el Observatorio de Calar Alto (Almería, España).

Una incidencia de órbitas templadas mayor de la esperada

Como parte de este catálogo, los científicos han elaborado mapas de velocidad de 300 galaxias que muestran los movimientos de sus estrellas. De esta manera han podido determinar tres grupos diferenciados entre órbitas estelares casi circulares, que han denominado órbitas frías, templadas, y calientes, típicas del movimiento desordenado y aleatorio de estrellas. Al analizar los datos, han comprobado que las circulares son frecuentes en las más pequeñas, mientras que las calientes corresponderían a las de las galaxias más grandes. Además, sorprendentemente, han encontrado una incidencia de órbitas templadas mayor de la esperada.

Gracias a ello se puede obtener mucha información sobre la historia de la formación de estas galaxias. Estos cuerpos evolucionan y crecen durante miles de millones de años fusionándose. Aquellas que repetidamente han absorbido otras más pequeñas, generalmente presentan un disco delgado y giratorio, mientras que, cuando dos galaxias de una masa similar se fusionan, nace una elíptica con órbitas estelares desordenadas en todas direcciones.

Falcón Barroso: «Se trata del primer estudio en plantear un esquema de organización de galaxias basado en la distribución orbital de las estrella»

La medición de las órbitas analizadas puede distinguir entre galaxias en forma de disco (órbitas más frías) y galaxias elípticas (órbitas calientes), incluso en los casos en los que, observando una imagen, los astrónomos no pudiesen hacer esa distinción. Es decir, midiendo las órbitas estelares, los investigadores podrán determinar si el pasado de una galaxia se debe a la evolución interna y aislada de la misma, una sucesión silenciosa de fusiones pequeñas o si se ha formado a partir de una adhesión violenta.

CALIFA, que con su muestra de 300 ejemplares se ha convertido en uno de los archivos más extensos sobre la dinámica de las galaxias hasta la fecha, destaca por ser “el primer estudio en plantear un esquema de organización de galaxias basado en la distribución orbital de las estrellas y, por tanto, distinto al diagrama clásico de Hubble (que se centra en su clasificación morfológica)”, explica Falcón Barroso. Este también reconoce, por otra parte, que los resultados de este estudio “plantean algunos problemas a las teorías actuales sobre su formación y evolución ”.

Esta nueva clasificación ha sido cuidadosamente elaborada para producir una muestra representativa que ayude a los astrónomos que elaboran modelos sobre la evolución de galaxias a probar si sus simulaciones proporcionan las predicciones correctas.