Fue descubierto en 2018, en el marco de un programa de ciencia ciudadana para lograr desentrañar la complejidad que tiene el movimiento de sus planetas. Fue un desafío para los equipos de investigación del Observatorio Astronómico de Córdoba.
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El sistema exoplanetario K2-138 es único. Por sus dimensiones, sus planetas entran en la categoría de “mini Neptunos” y del tipo “súper Tierras”.
Su particularidad es que giran en órbitas muy compactas alrededor de su estrella central, más chica que nuestro Sol. ¿Qué tan compactas? El planeta más próximo demora sólo 2,3 días en completar una vuelta: un año de 55 horas.
Lo más intrigante, sin embargo, es que los cinco más cercanos se desplazan siguiendo una “coreografía cósmica”: están sincronizados de una manera específica y predecible, siguiendo un patrón de movimiento conocido como “cadena de resonancias”.
El sexto planeta (“K2-138 g”), en tanto, está más alejado de la estrella. La forma en que se mueve es muy diferente a la del resto, lo cual resulta también muy llamativo en un sistema tan conectado.
Una danza coreografiada
La cadena de resonancia en este contexto se refiere a una relación matemática entre los períodos orbitales de los planetas. Por ejemplo, una resonancia de 3/2 significa que por cada tres vueltas que recorre un planeta alrededor de su estrella, otro planeta cercano completa dos.
Esta relación crea una especie de patrón, que puede mantenerse durante largos períodos de tiempo, debido a la interacción gravitatoria entre los planetas. Como resultado, estos tienden a mantener posiciones relativas fijas entre sí, lo que significa que sus órbitas están influenciadas por la gravedad de sus pares de manera predecible.
Pero en K2-138 la relojería planetaria es aún más profunda: las órbitas de los primeros cinco planetas no sólo están sincronizadas de a pares, sino también de a tríos, siguiendo relaciones matemáticas que los investigadores llaman una cadena de resonancias de tres cuerpos.
El trabajo de investigación realizado en el OAC propone que el planeta más alejado también forma parte de la cadena de resonancia. Las órbitas de los últimos tres planetas presentan fuertes indicios de compartir una resonancia de tres cuerpos.
Esta sincronización nunca había sido encontrada en otro sistema planetario. Pertenece a un tipo que nunca se había encontrado antes, denominado de Orden 1.
Para llevar adelante el estudio, el equipo realizó simulaciones en las que reprodujo épocas más antiguas del sistema, cuando los planetas orbitaban en un medio repleto de gas y polvo. En este estadío, se produce la “migración planetaria”, un proceso en el cual los planetas experimentan cambios en sus órbitas a lo largo del tiempo.
Según explica Matías Cerioni, autor principal de la publicación científica, en la simulación descubrieron que, debido a la migración, los planetas se organizan como si estuvieran bailando juntos en el espacio.
“Los dos primeros planetas se sincronizan en un patrón 3/2. Luego, todos los demás también se unen a este baile en una cadena casi perfecta, siguiendo patrones como “3/2-3/2-3/2-3/2-3/1”.
Cerioni aclara que, en el universo real, los planetas no siguen patrones tan perfectos como los descriptos en las simulaciones.
“Están un poco más separados, por efecto de lo que en astronomía conocemos como ‘mareas’, fuerzas causadas por la interacción entre la estrella y los planetas. Las mareas hacen que los planetas se separen un poco, pero de una manera que todavía les permite mantener su baile sincronizado, como lo vemos en el sistema real”, completa.
La relevancia de este tipo de investigaciones sobre sistemas únicos radica en que ayudan a entender los procesos migratorios de planetas, así como a obtener un conocimiento más amplio sobre cómo se forman los planetas en general.
Armonía espacial
La música se basa en armonías que, tal como las cadenas de resonancias, son relaciones matemáticas. Lo que se busca en las canciones es, justamente, relacionar frecuencias de sonido de manera que suenen agradables al oído humano.
Una de las armonías más importantes en la música es la “quinta”, que se crea cuando dos frecuencias tienen una relación de tres a dos. Canciones icónicas, como el tema central de "Star Wars", "With or with out you", de la banda inglesa U2, o la famosa "A Hard Day’s Night" de The Beatles, utilizan en parte de sus melodías combinaciones basadas en una quinta.
En el caso del sistema exoplanetario K2-138, aparentemente en algún momento de su historia sus planetas estaban perfectamente sincronizados en una cadena de resonancias que podríamos imaginar como una canción con cuatro “intervalos de quinta” en su órbita. Es decir, seguían un patrón matemático relacionado con esa armonía musical.
Lo interesante es que aun cuando el último eslabón en esta cadena de resonancias se representa como “3/1”, lo cual puede parecer diferente, en realidad también es una “quinta”, pero una octava más aguda. Puesto en términos musicales, el último planeta estaba siguiendo una armonía similar a los demás, pero en una octava más alta, lo que añade una capa de complejidad a esta “canción cósmica”.
Autores del trabajo
Matías Cerioni – Instituto de Astronomía Teórica y Experimental (IATE), Observatorio Astronómico, Universidad Nacional de Córdoba
Cristian Beaugé – Instituto de Astronomía Teórica y Experimental (IATE), Observatorio Astronómico, Universidad Nacional de Córdoba
La publicación científica
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A Six-planet Resonance Chain in K2-138? – The Astrophysical Journal, agosto de 2023.