Dues rareses en un planeta: el planeta WASP-17b, la seva òrbita retrògrada i la seva baixa densitat

Un grup d’astrònoms que treballa en el programa de detecció exoplanetària WASP presenten en un article un planeta inusual. Com que el planeta es troba en el 17è estel que dóna positiu en el programa WASP (Wide Angle Search for Planets) i és el primer planeta que hom hi ha trobat se li dóna la denominació de WASP-17b (s’entén que WASP-17a és l’estel al qual orbita, també designat, més senzillament, WASP-17). El programa WASP basa la seva detecció en el trànsit planetari per damunt del “disc” estel·lar, és a dir en l’efecte d’eclipsi que produeix el planeta en interposar-se a la llum que ens arriba del seu estel. Només si el planeta és prou gran i prou proper al seu estel i, a més, el pla general del sistema planetari s’orienta de forma adequada amb la Terra, es produiran trànsits detectables. Per exemple, el planeta WASP-17b orbita el seu estel en un període de 3,7 dies. Si ho comparem amb el període de translació de 80 dies que fa el planeta Mercuri en el nostre Sistema Solar, entendre’m perquè hom parla d’un “hot planet” per referir-se a WASP-17b. No obstant això, un període de translació de 3,7 dies no és una cosa excepcional. Hi ha molts sistemes planetaris on un o més planetes han caigut en òrbites igual de tancades al voltant del seu estel. El planeta WASP-17b té una massa situada entre la de Júpiter i la de Saturn (uns 9,1•1026 kg) però té un diàmetre enorme, de potser fins el doble del de Júpiter (uns 250.000 km). Això li donaria una densitat màxima de 0,2 kg•m-3, molt més baixa que la de Saturn (de 0,7; l’únic planeta del Sistema Solar amb una densitat inferior a la de l’aigua). De fet, és el planeta menys dens de tota la llista d’exoplanetes de densitats conegudes (una llista no massa llarga, al capdavall, ja que de molts planetes se’n sap la massa però no el diàmetre). I també és el planeta amb el diàmetre més gran conegut. Per això si fos poc, les dades preliminars suggereixen que le planeta segueix una òrbita retrògrada, és a dir contrària al sentit de rotació del seu estel.

El programa WASP utilitza telescopis que cobreixen simultàniament àrea àmplies del cel. Les mesures fotomètriques obtingudes dels estels d’un camp són posteriorment analitzades a la recerca de períodes que puguin atribuir-se al trànsit d’un planeta. En els estels que donen positiu es fan després recerques específiques cap a l’observació de trànsits individuals.

L’estel WASP-17 és un estel de tipus espectral F6 i d’una metal·licitat baixa (V = 11.6). Es troba en el sector del cel adscrit a la constel·lació de l’Escorpí. Fou diana del programa WASP entre el maig i l’agost del 2006, entre el març i l’agost del 2007 i entre el març i l’abril del 2008. En aquests períodes s’obtingueren 15.509 mesures fotomètriques. És a partir d’aquestes mesures que s’observà el cicle de 3,7 dies atribuït a l’existència d’un planeta. El 6 de maig del 2008, a més, hom va poder observar el primer trànsit complet.

Les raons de la baixa densitat de WASP-17b

WASP-17b pertany a la categoria dels “planetes inflats”. De fet, ja el primer planeta del qual es va poder determinar el diàmetre, HD209458b, pertany a aquesta categoria. Els “planetes inflats” no es poden explicar pels models estàndard d’evolució planetària, ni tan sols aquells que tenen present el cas dels “Júpiters calents”. És cert que tots els “planetes inflats” són “Júpiters calents”, però no tots els “Júpiters calents” experimenten inflament.

Una possible explicació, per bé que únicament parcial, consistiria en l’energia estel·lar que reben aquests planetes que és, en termes comparatius, descomunals. Malgrat que aquesta energia fa que les temperatures de les capes altes de l’atmosfera siguin altíssimes (si més no, durant els períodes o les zones diürnes), perquè es produeixi inflament caldria que aquesta energia fos transportada a les capes més fondes. Una altra possibilitat és que les capes altes de l’atmosfera esdevinguin opaques per la forta energia (a través de la fotoformació d’una rica barreja d’òxids de titani i vanadi, de tolines i de poliacetilens), i això les faci actuar d’aïllant per a la pèrdua de calor interna del planeta: aquesta retenció d’energia interna seria la causant de l’inflament.

Per als autors, la baixa densitat de WASP-17b es deu a un procés de dilatació, on es combinarien els efectes tèrmics i mareals produïts per l’estel. El detonant d’aquests efectes serien canvis en l’excentricitat orbital de WASP-17b, concretament una circularització de l’òrbita a partir d’una òrbita fortament el·líptica. La circularització orbital provoca una energia que es dissiparia en forma de calor que, en ésser rebuda pel planeta en la seva integritat, fomentaria l’inflament.

Les raons de l’òrbita retrògrada de WASP-17b

El moviment de rotació d’un estel i dels seus planetes deriva, en darrer terme, del moment angular del núvol molecular que donà lloc a tot el sistema. És per això que el sentit de les rotacions estel·lars, i de les rotacions i translacions planetàries (inclosos el planetes secundaris) coincideix.

Quan un planeta és prou gran i orbita prou a prop del seu estel, es fa notori el fet que també el mateix estel “orbita” al voltant del centre de masses de tot el sistema estel·lar. Vist des de la Terra, de forma adequada, hom pot observar com l’estel s’allunya o s’apropa alternativament, d’acord amb l’efecte Doppler de desplaçament de les línies del seu espectre. Això dóna lloc a l’anomenat efecte Rossiter-McLaughlin, que constitueix un dels mètodes de detecció de planetes extrasolars. En el cas de WASP-17 l’efecte Rossiter-McLaughlin sembla indicar la presència d’un planeta (WASP-17b) que orbita en un sentit contrari al de la rotació de l’estel.

Els autors de l’article assumeixen que l’òrbita retrògrada ha de ser el resultat d’interaccions del planeta amb d’altres planetes del seu sistema o amb el propi estel.

La clau del canvi de sentit orbital es trobaria en el procés de migració planetària. Planetes com WASP-17b no poden haver-se format en l’òrbita que segueixen actualment. Aquests planetes es formen potser a més de 5 o 6 unitats astronòmiques d’estels com WASP-17. És després de formar-se, que “cauen” a les òrbites “tòrrides” de menys de 0,2 unitats astronòmiques. El procés de migració no és encara del tot comprès, i existeixen diferents models. Pels autors, WASP-17b pot ser interessant per discriminar entres dos grups de teories
– teories de migració planetària basades en la interacció mareal d’un planeta gegant amb el disc circumstel·lar de gas: en aquest cas, el sentit de rotació i de translació seria preservat.
– teories d’interacció entre planetes, amb la producció alternativa d’òrbites excèntriques que després es tanquen en òrbites circulars més properes a l’estel. En aquest cas, pot haver-hi fins i tot una inversió en el sentit de translació.

La clau per respondre a aquestes qüestions: més observacions

Una observació més perllongada del planeta ajudaria a determinar millor els efectes sobre la velocitat radial de l’estel i sobre el ritme de trànsits planetaris. Això podria donar una idea més precisa de l’excentricitat de l’òrbita actual de WASP-17b i raonar millor les causes de la dilatació planetària. Alhora, el radi planetari es podria determinar millor i així estrènyer el marge d’error en el còmput de la densitat planetària.

D’altra banda, la baixa densitat de WASP-17b comporta també un camp gravitatori de superfície molt feble i, per tant, també una atmosfera ben extensa (possiblement, l’atmosfera més extensa de qualsevol planeta conegut). Això fa que l’atmosfera de WASP-17b sigui especialment indicada per fer-hi mesures espectroscòpiques de transmissió que informin sobre la seva composició química.

La planetologia ha avançat moltíssim gràcies a les recerques sobre exoplanetes. No tant per les respostes que hagi fornit, sinó per les noves qüestions. Descomptant quatre modelitzacions dels anys 1980, qui ens havia de dir que hi havia planetes tan o més grans que Júpiter orbitant a distàncies estel·lars inferiors a les que separen Mercuri i el Sol, i desenvolupant uns inflaments que els conduïen a adquirir una densitat que els faria surar si hom els diposités damunt una bassa d’oli? Així doncs, les noves preguntes que mai no ens hauríem fet envers el nostre Sistema Solar: les migracions i les inflamacions planetàries, ens les fem en mirar el que hi ha al defora.

Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *