Imagen de un artista de un exomoon similar a la Tierra que orbita un planeta gigante gaseoso.
(Imagen: © NASA / JPL-Caltech)
El verano pasado, los científicos anunciaron que habían encontrado lo que podría ser la primera luna fuera del sistema solar. Pero una nueva investigación sobre la evolución de la supuesta luna pone en duda su existencia.
Si existe, lo más probable es que la luna sea un objeto grande, del tamaño de Neptuno, que orbita un planeta gigante de gas aún más grande. Pero el sistema difícil de manejar dificulta la comprensión de cómo se pudo haber formado, dijeron los investigadores.
En julio de 2017, los científicos anunciaron de mala gana el posible descubrimiento de un exomoon. Un planeta candidato identificado por el telescopio Kepler de la NASA reveló caídas asimétricas en la luz que fluye desde la estrella del planeta, lo que sugiere la posibilidad de una luna. Después de que el cazador de exomoon David Kipping, de la Universidad de Columbia en Nueva York, solicitó tiempo en el telescopio espacial Hubble para dar seguimiento a la actividad inusual, varios medios de comunicación investigaron la investigación. Esto llevó a Kipping y Alex Teachey de Columbia, el científico líder en el descubrimiento potencial, a anunciar la posibilidad del primer avistamiento de un exomoon.
René Heller, astrofísico del Instituto Max Planck en Alemania, aprovechó la oportunidad para analizar de forma independiente los datos de Kepler. Además de descubrir un rango de tamaño para la luna potencial, Kepler 1625 b-i, también exploró sus posibles métodos de formación. [Los descubrimientos de planeta alienígena más intrigantes de 2017]
"Resulta que Kepler 1625 b-i, de hecho, no es un buen candidato para una exomoon", dijo Heller a Space.com por correo electrónico, señalando que el equipo de investigación original dijo que los datos de Kepler por sí solos eran ambiguos. (Es por eso que planearon hacer un seguimiento utilizando el Telescopio Espacial Hubble). Una gran parte del problema se debe al hecho de que la estrella madre está tan lejos de la Tierra que parece débil, lo que resulta en una mala calidad de datos, dijo Heller.
"La conclusión es que Kepler 1625 b-i es uno de los mejores candidatos exomoon hasta ahora, pero aún no es un buen candidato", dijo Heller.
"Un pequeño sistema solar"
En el sistema solar de la Tierra, las lunas son bastante comunes; solo Mercurio y Venus no tienen satélites rocosos o helados. Si bien la mayoría de las lunas de nuestro sistema solar son inhóspitas para la vida tal como la conocemos, tres son potencialmente habitables. La Europa de Júpiter contiene un océano líquido debajo de la corteza helada de la luna. Alrededor de Saturno, la luna helada Encelado también alberga un océano, mientras que el Titán lleno de humo tiene lagos de metano y etano que podrían haber permitido que se formara un tipo de vida diferente a la de la Tierra. Por lo tanto, el único planeta habitable del sistema solar (Tierra) es superado en número por las lunas potencialmente habitables del sistema.
Eso podría significar buenas noticias para aquellos que buscan vida en las lunas alrededor de otras estrellas. Incluso si pocos planetas son capaces de albergar vida tal como la conocemos, sus lunas podrían resultar habitables, dijo Heller.
"En el lado desafiante, se espera que las lunas sean significativamente más pequeñas y livianas que sus planetas", dijo Heller. "Eso es simplemente lo que aprendemos de las observaciones de las lunas del sistema solar".
Debido a que los objetos con una masa o radio más grandes son más fáciles de encontrar desde lejos, ya sean planetas o lunas, eso hace que los satélites naturales sean más difíciles de detectar, dijo Heller.
Cuando Kepler caza planetas, lo hace observando la luz que fluye desde una estrella en lo que los científicos llaman curva de luz. (Kepler no estudió una estrella a la vez, sino que examinó miles de estrellas a la vez). Cuando un planeta se mueve entre su estrella y la Tierra, la luz de la estrella se atenúa, lo que permite a los investigadores determinar el tamaño del planeta. Los investigadores observan múltiples pases para determinar cuánto tiempo tarda el planeta en orbitar su estrella.
Lo que los investigadores originales notaron sobre un objeto, Kepler 1625 b, fue que contenía una extraña inmersión secundaria. Heller utilizó el conjunto de datos disponible públicamente de Kepler para estudiar tres tránsitos de un objeto del tamaño de Júpiter que se movía a través de la estrella, junto con algunos movimientos que podrían haber sido causados por una luna en órbita alrededor del objeto.
"Si, y solo si, estos movimientos adicionales realmente provienen de la luna, entonces es posible derivar la masa y el radio tanto del planeta como de la luna de la dinámica del sistema planeta-luna que se puede derivar de la curva de luz ", Dijo Heller.
Heller determinó que el objeto masivo podría ser desde un planeta un poco más masivo que Saturno hasta una enana marrón, una estrella casi no lo suficientemente masiva como para encender la fusión en su núcleo, o incluso una estrella de muy baja masa (VLMS) que es una décima parte de la masa del sol. La luna propuesta podría variar desde un satélite de gas de masa terrestre hasta un compañero de roca y agua sin atmósfera.
Heller concluyó que un exomoon de masa de Neptuno alrededor de un planeta gigante o una enana marrón de baja masa no coincidiría con la relación de escala masiva que se encuentra en las lunas de nuestro sistema solar. Si bien la Tierra y Plutón tienen lunas grandes en comparación con los tamaños de los planetas, los gigantes gaseosos del sistema solar tienen lunas más cercanas al 0,01 al 0,03 por ciento del tamaño de los planetas, según el Laboratorio de Habitabilidad Planetaria de la Universidad de Puerto Rico.
Las teorías anteriores predijeron que esta relación debería extenderse a mundos más grandes, pareciendo descartar la existencia del exomoon potencial. Por otro lado, un mini-Neptuno alrededor de una enana marrón de alta masa o un VLMS estaría más en línea con esa relación, dijo Heller. [¿De qué está hecha la luna?]
"Si el objeto primario en tránsito es una estrella de muy baja masa y si su compañera del tamaño de Neptuno realmente existe, entonces veríamos un pequeño sistema solar en órbita alrededor de una estrella similar al sol a aproximadamente la distancia de la Tierra al sol ¡Esto sería algo por sí solo! " Heller dijo.
Incluso sin el potencial para un exomoon habitable, el pequeño sistema solar podría ayudar a los científicos a comprender cómo se forman los mundos, dijo.
"Si el [objeto] primario fuera una [enana marrón] o un VLMS con un gran compañero, esto representaría un puente fascinante entre la formación de planetas alrededor de las estrellas y la formación de la luna alrededor de planetas gigantes", dijo Heller.
Heller publicó su investigación en el servidor de preimpresión arXiv.
El nacimiento de lunas
Con las estimaciones de la luna y el planeta, o estrella, en la mano, Heller decidió ver cómo podría haberse formado la luna.
"Las lunas en el sistema solar sirven como trazadores de la formación y evolución de sus planetas anfitriones", dijo en el nuevo documento. "Por lo tanto, se puede esperar que el descubrimiento de lunas alrededor de planetas extrasolares pueda dar una visión fundamentalmente nueva de la formación y evolución de exoplanetas que no pueden obtenerse solo con observaciones de exoplanetas".
Con esto en mente, Heller aplicó los tres modelos diferentes de formación de la luna en el sistema solar al nuevo exomoon potencial.
Primero fue el modelo de impacto, que describe cómo los científicos piensan que se formó la luna de la Tierra. Cuando un gran cuerpo se estrelló contra la Tierra hace miles de millones de años, los escombros excavados en el planeta crearon un nuevo compañero. Según Heller, una característica peculiar de este modelo es la alta relación de tamaño de los satélites a los planetas. Si bien el gran tamaño de la luna propuesta en comparación con su huésped sería consistente con un impacto, expresó su preocupación de que la masa del planeta anfitrión o estrella fuera mucho mayor que la de cualquier planeta del sistema solar de la Tierra.
En el segundo modelo de formación lunar, se desarrollan a partir del gas y el polvo que quedan después del nacimiento del planeta, y así es como se cree que se formaron la mayoría de las lunas de los gigantes gaseosos. La relación de escala masiva que mantiene a las lunas mucho más pequeñas que sus planetas es un resultado natural de la formación de la luna que ocurre en el ambiente sin gas alrededor de un planeta completo, escribió Heller en el periódico. Esa misma relación hace que este método de formación sea poco probable, dijo.
"Si el compañero alrededor de Kepler 1625 b puede ser confirmado y ambos objetos pueden ser validados como objetos gigantes gaseosos, entonces sería difícil entender cómo estos dos planetas gaseosos podrían haberse formado a través de un impacto gigante o una acumulación in situ en sus órbitas actuales alrededor de la estrella ", escribió Heller.
La posibilidad restante es que el mundo distante capture un objeto del tamaño de Neptuno. Se cree que la luna de Neptuno, Tritón y ambas lunas marcianas se formaron de esta manera. El exomoon podría haberse formado originalmente con un compañero del tamaño de la Tierra, antes de ser alejado de él por la gravedad del objeto más grande, dijo Heller. Determinó que la captura de un objeto de masa de Neptuno por Kepler 1625 b es posible en la ubicación actual del planeta.
Aún así, aunque tal captura es posible en principio, Heller le dijo a Space.com que cree que el escenario es "muy poco probable".
Y aunque los científicos actualmente se aferran a esos tres escenarios diferentes de formación de la luna para planetas alrededor del sol de la Tierra, eso no significa que los satélites naturales no puedan formarse de otra manera, dijo Heller.
"Es posible que este sistema se haya formado realmente a través de un mecanismo que no hemos visto en el sistema solar", dijo Heller.
Sugirió una teoría alternativa, similar a la de la formación de planetas gigantes, en la que los dos objetos comenzaron como un sistema binario de planetas rocosos. La pareja podría haber extraído gas del disco de material sobrante, como el proceso por el cual se forman los planetas gigantes, con el futuro planeta consumiendo más gas que su posible luna. Advirtió que esto era especulación y que los dos objetos podrían no ser estables a largo plazo.
Aún así, si el exomoon del tamaño de Neptuno alrededor de Kepler 1625 b es real, el nuevo sistema podría proporcionar una visión intrigante de la formación de la luna fuera del sistema solar, dijo Heller.
Los datos de Kepler no son la única investigación disponible. En octubre, Teachey y Kipping observaron el sistema usando Hubble. Los resultados de esas observaciones deberían anunciarse pronto.
Hasta entonces, sin embargo, las cosas no se ven bien para el exomoon potencial.
"El reclamo extraordinario de un exomoon no está respaldado por evidencia extraordinaria para ello", dijo Heller.
