Kepler-1625b y su elusiva exoluna

¿Tienen los exoplanetas exolunas? Pues con toda seguridad, sí. Sin embargo, confirmar el primer descubrimiento de una exoluna está resultando ser mucho más difícil de lo esperado. De entre los miles de exoplanetas y candidatos a planetas descubiertos por Kepler a lo largo de su misión principal uno esperaría encontrar numerosas exolunas. Por eso el astrónomo británico David Kipping lleva años intentando encontrarlas. La pega es que las estrellas observadas por Kepler están en su mayoría extremadamente lejos, así que para detectar una exoluna mediante el método del tránsito esta tiene que ser muy grande. El año pasado Kipping y su colega Alex Teachy publicaron la detección de la primera exoluna, Kepler-1625b I, a partir de los datos de Kepler. Situado a 7.800 años luz, Kepler-1625b es un exoplaneta del tamaño de Júpiter que orbita alrededor de una estrella de tipo solar con un periodo de 287 días. Es posible que su masa esté por encima de las diez masas de Júpiter, así que en realidad bien podía tratarse de una enana marrón y no de un planeta.

Recreación artística de Kepler 1625b y su luna (Dan Durda).

Pero eso da igual. Lo interesante es que Teachy y Kipping comprobaron que la extraña curva de luz de Kepler-1625b podría explicarse mediante la presencia de una exoluna. Una exoluna del tamaño de Neptuno, nada más y nada menos. Esta enorme exoluna se hallaría a tres millones de kilómetros del planeta —o enana marrón—, dentro de la Esfera de Hill del mismo. Por lo tanto, por extraña que sea, se trata de una configuración totalmente estable. Desgraciadamente, Teahy y Kipping no convencieron a la comunidad científica el año pasado. El ruido en los datos era simplemente demasiado intenso —solo disponían de datos de tres tránsitos del planeta—, así que solicitaron tiempo de observación con el telescopio espacial Hubble. Gracias a estos nuevos datos la existencia de Kepler-1625b I —las exolunas se representan con números romanos— es más sólida, pero todavía no se puede cantar victoria.

Tránsitos de Kepler-1625b vistos por Kepler (arriba) y el Hubble (abajo). Se aprecian los eclipses secundarios que corresponderían a la exoluna a la derecha (Teachy et al.).

El Hubble observó la región de Kepler-1625 durante 40 horas en total —unas 26 órbitas— el 28 y 29 de octubre de 2017, una cantidad de tiempo monstruosa teniendo en cuenta lo que cuesta disponer de esta instalación tan exclusiva. Lógicamente, se eligió esta fecha porque era cuando el exoplaneta debía transitar otra vez delante de su estrella (recordemos que su periodo es de 287 días). Las curvas de luz del tránsito obtenidas por el Hubble son cuatro veces más precisas que las de Kepler y no se limitan a una única longitud de onda, lo que permite descartar otras fuentes de error como manchas estelares. Eso sí, siguen sin ser concluyentes porque las observaciones del Hubble terminan justo antes de que finalizase el supuesto tránsito de la exoluna (también es mala suerte).

Pero, y esto es lo importante, el tránsito se produjo 78 minutos antes de lo esperado. Esta variación en el tiempo de tránsito, o TTV, es precisamente un método empleado para detectar otros planetas que no transitan en sistemas planetarios múltiples. La TTV podría ser debida a un segundo planeta en el sistema aparte de Kepler-1625b, pero, combinada con la anómala curva de luz, la explicación más probable es que es resultado de la influencia gravitatoria de la exoluna sobre el planeta. Puesto que el planeta transitó antes de lo previsto, pero el supuesto tránsito de la exoluna ocurrió después, lo más lógico es suponer que lo que estamos viendo es el giro de los dos cuerpos alrededor de un centro de masas común (aunque dicho centro se supone que está dentro del planeta). No obstante, los datos del Hubble corresponden a un solo tránsito y las curvas de luz tienen aún mucho ruido. Serán necesarias más observaciones de tránsitos para descorchar la botella de champán.

Comparación entre el sistema Kepler-1625b y el sistema Tierra-Luna (NASA/ESA/STScI).

La cautela de Teachy y Kipping también se debe al aluvión de críticas que recibieron el año pasado por la publicación del descubrimiento de Kepler-1625b I. Análisis posteriores de los datos revelaron que la significancia estadística del descubrimiento era menor de la originalmente calculada, lo que no deja de ser una paradoja. Si Teachy y Kipping no hubieran publicado sus resultados hace un año no hubieran obtenido tiempo de observación en el Hubble y si lo llegan a hacer ahora quizás tampoco lo habrían obtenido por el nivel de incertidumbre en los mismos. Si realmente se confirma, el sistema Kepler-1625b es ciertamente extraño. Nadie sabe exactamente cómo se ha podido formar. La creación in situ, colisiones o captura gravitatoria son las tres teorías que existen para explicar su formación, pero ninguna en completamente satisfactoria, sobre todo si se tiene en cuenta que los modelos predicen que la luna está en un plano inclinado 45º.

Los datos del tránsito concuerdan con una exoluna inclinada 45º (NASA/ESA/STScI).

No obstante, el hecho de que solo hayamos detectado una exoluna así entre los miles de candidatos de Kepler ya nos está indicando que este tipo de lunas son muy poco frecuentes en nuestra Galaxia. Se podría decir que Kepler-1625b es un planeta doble, pero no olvidemos que la diferencia de masas es comparable a la del sistema Tierra-Luna. Y es que la masa de Kepler-1625b I, a pesar de tener el tamaño de Urano, es solo el 1,5% de la de su planeta. Kepler-1625b I es por el momento la única candidata firme a exoluna descubierta por Kepler dentro del proyecto HEK (Hunt for Exomoons with Kepler) dirigidido por Kipping. Cerca de otras trescientas candidatas han sido descartadas.

Ahora que el cazaplanetas TESS está funcionando es posible que en breve tengamos nuevas candidatas a exolunas más accesibles. Desgraciadamente, la mayoría de los planetas que descubrirá TESS estarán muy cerca de sus estrellas y, por lo tanto, es poco probable que tengan lunas (la esfera de Hill se reduce con la cercanía a la estrella). En mayo de 2019 se espera el próximo tránsito de Kepler-1625b, así que esta será la oportunidad de Kipping y Teachy de confirmar casi definitivamente su existencia usando el Hubble otra vez. Esperemos que les den tiempo de observación.

Referencias:

  • Alex Teachey y David M. Kipping, Evidence for a large exomoon orbiting Kepler-1625b, DOI: 10.1126/sciadv.aav1784, 3 octubre 2018.

36 comentarios

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SB SB

Tan difusa es la diferencia entre un planeta gigante gaseoso y una estrella enana marrón para no tener claro si se trata o no de un planeta lo que estamos “viendo”?? Sabido es que son muy numerosas las estrellas enanas marrones, pero pensaba que se diferenciaban bien de los planetas gaseosos por muy grandes que estos pudieran ser….

pochimax pochimax

Esta estrella está muy alejada, unos 2.500 parsec, así que lo que sabemos sobre ella o lo que creemos saber sobre ella, pues como que hay que cogerlo con pinzas porque la lejanía añade incertidumbre y dificultad en su estudio.
No conocemos muy bien el tamaño de la estrella y por tanto el tamaño del planeta hay que cogerlo también con pinzas (el tamaño del planeta, en los tránsitos, se deriva del que creemos es el tamaño de la estrella, que casi nunca puede medirse directamente). Aún así, con los datos que tenemos hasta ahora, la idea es que el planeta tendrá más o menos el tamaño de Júpiter, si nos fiamos de lo que nos dicen los investigadores.

Aquí el problema es que no “vemos” al supuesto planeta, así que no podemos analizarlo espectralmente con nuestros telescopios para decidir si es una enana marrón o no.
Por otra parte, no conocemos su masa porque no se ha podido medir las velocidades radiales, al ser una estrella muy lejana y por tanto de magnitud visual débil. Quizá en el futuro se logre al menos descartar que no sea un objeto muy masivo.

Así que sólo sabemos el tamaño del planeta y resulta que este tipo de objetos, a partir de la masa de Júpiter o más, van incrementando su densidad y manteniendo más o menos el tamaño. El resultado es que muchas enanas marrones tienen el tamaño de planetas y es complicado saber si estamos ante una cosa o la otra.

Por otro lado, realmente da lo mismo. Para mí no hay mucha diferencia entre un superplaneta de diez masas jovianas y una enana marrón de 15 ídem. A efectos prácticos, me refiero. El bicho este orbita a esta estrella y a su vez otro objeto enorme orbita en torno a él, y todo me parece una pasada.

FERNANDO GENERALE FERNANDO GENERALE

mas bien creo que una exoluna se trataría de un planeta binario de todas formas es fascinante como a avanzado nuestro entendimiento del universo en esta década gracias a este prodigioso telescopio espacial .

pochimax pochimax

Supongo que la diferencia estará en si el centro de masas del sistema se encuentra dentro del primer objeto grande o si está fuera, al estilo Plutón – Caronte. Sólo en ese segundo escenario yo lo consideraría como “planeta doble”

pochimax pochimax

El método del tránsito es lo mejor que tenemos para poder detectar exolunas, pero tenemos que comprender también sus carencias.
Lo primero es que los planetas más alejados tienen inferior probabilidad geométrica de tránsito, así que detectamos muchos más planetas en tránsito de periodo corto que de los de periodo largo. Un júpiter caliente puede tener una probabilidad de tránsito del 10%; pero un gemelo de júpiter tiene en torno a una posibilidad entre diez mil de transitar…
Lo segundo, en mi opinión, los planetas cercanos a sus estrellas es muy probable que no tengan lunas grandes que pudiéramos detectar, porque a lo mejor son sistemas inestables. Así que resulta que sólo podríamos detectar estas lunas en planetas con periodos orbitales más largos, precisamente de los que menos detectamos mediante el método de tránsito.
Por último, para poder detectar tránsitos de objetos más pequeños (no lunas del tamaño de Neptuno como este caso), necesitamos acumular muchos tránsitos para mejorar la relación señal ruido de la fotometría. Pero precisamente como sólo habría lunas relativamente grandes y detectables en planetas alejados, los tránsitos ocurrirán con menos frecuencia y por tanto, para un tiempo de misión dado, tenemos menos datos para mejorar la señal ruido.
Por ejemplo el Kepler apenas detectó tres tránsitos de este planeta. Muchos de los planetas pequeños que detectó lo logró gracias a sumar decenas de tránsitos de entre sus datos. Eso no podemos hacerlo con lunas de planetas alejados de sus estrellas, salvo que observemos durante décadas.
Así que habrá que tener paciencia. El Kepler detectó unos 50 planetas con periodos orbitales de más de 250 días. El que hayamos encontrado este “sistema” viene a decirnos que apenas estamos rascando en la realidad de lo que hay ahí fuera, por la escasez y limitación de los medios que estamos empleando.

Zener Zener

Es notable ver en la gráfica como el tránsito de la luna se tarda menos que el del planeta. Y es por que la luna se mueve más rápido al orbitar el planeta!! — Moviéndose por el lado exterior de su órbita (el que pasa entre el planeta y nosotros!!)

Daniel Marín Daniel Marín

Me temo que no. El tránsito es de menor duración por la geometría del encuentro. Probablemente porque la luna está inclinada y tarda menos en cruzar el disco estelar o bien se debe al ruido de la señal y el limb darkening. Con estos datos no se puede determinar la velocidad ni dirección de traslación de la luna (en el futuro es posible).

Txemary Txemary

En la prensa generalista he leído “El Hubble detecta una exoluna”… y de Teachy y Kipping ni una palabra.

Una lástima que los medios actuales solo nos permitan elucubrar… aunque respecto a como estábamos hace un par de décadas, los avances son increibles.

pochimax pochimax

Por otro lado no soy capaz de imaginar la cantidad de lunas, minilunas, anillos, … a saber lo que hay en órbita de estos dos cuerpos. Algún día encontraremos un sistema como este, más cercano y fácil de estudir, y lo visitaremos. Entre tanto sólo cabe imaginar.

fisivi fisivi

¿Sería estable un satélite entre dos objetos tan grandes y tan cercanos?
¿Hay algún satélite de satélite en el sistema solar?

Zener Zener

Creo que no!! La relación de tamaño es semejante a la de la Tierra y la Luna. Si la teoría del gran impacto es válida, en algún momento planeta y luna estuvieron muy próximos eliminando la posibilidad de un tercer cuerpo con una órbita estable.

Carlos Carlos

Pregunta ligeramente relacionada: ¿pueden las lunas tener a su vez lunas a su alrededor? ¿Se conoce algún caso?

Jx Jx

Partiendo del hecho de que nos referimos a satélites naturales:
Si es posible la existencia de sub-lunas, pero realmente es muy poco probable que existan sub-lunas, es suceso muy raro (, es decir que exista una luna que gire alrededor de una luna).
Estas sub-lunas, en caso de existir, estarían sujetas a fuerzas gravitatorias o de marea que las acercaría fatalmente a la luna que orbita, o al planeta que alberga la luna que orbita.
Si estas sub-lunas existen, no existirían durante tiempos prolongados (astronómicamente hablando), en el mejor de los casos de no llegar a chocar contra el planeta o la luna del sistema, se desintegraría formando un “fino” anillo alrededor de la luna del planeta.

Antonio (AKA "Un físico") Antonio (AKA "Un físico")

Sobre esto que dice Daniel: “el hecho de que solo hayamos detectado una exoluna así entre los miles de candidatos de Kepler ya nos está indicando que este tipo de lunas son muy poco frecuentes en nuestra Galaxia”; no creo que sea así. Los métodos de detección condicionan los resultados. Las estadísticas están sesgadas porque no hay azar (y me temo que seguirán sesgadas durante las próximas décadas). Yo creo que “el hecho de que solo hayamos detectado una exoluna así entre los miles de candidatos de Kepler” sólo quiere decir que encontraremos en un futuro: o bien muchas más; o bien no muchas más.
Tened presentes, estimados lectores, que estáis viviendo un cambio de paradigma en la ciencia y que el nuevo paradigma no se establecerá hasta dentro de cientos de años (cuando se haya mapeado nuestra galaxia lo bastante para obtener una estadística concluyente).

Martín Morala Martín Morala

No dejaré de maravillarme de los descubrimientos del ser humano en el exterior del sistema solar permitamonos soñar con que algún día uno de nuestros descendientes llegarán a ese sistema solar y descenderán sobre esa hipotética Luna y recojan muestras para su posterior análisis tal como hiciéramos hace ya casi 50 años aquí al lado. Que bonito sería ese día.

U-95 U-95

Si las cuentas no me fallan, esa luna se vería desde su planeta cuatro veces más grande que cómo nosotros vemos a la nuestra. Metiéndole un albedo cómo el de Urano se vería en fase llena alrededor de 30 veces más brillante que la Luna llena.

Toda una vista que puede que fuera la única, ya que esa inclinación orbital da pinta de que es un cuerpo capturado al estilo de Tritón y seguramente habría devastado el sistema de satélites previi.

daniel daniel

excelente articulo Dani, como siempre.
perdón mi ignorancia : ¿como es posible ahora que sea “”fácil”” encontrar planetas y estar cerca de encontrar exolunas, y no encontrar el planeta “9” o determinar “”maso-menos” la órbitas de objetos transneptunianos?
entiendo que ver un exoplaneta es “verlo” a la luz de su estrella, y buscar el planeta/s (u objetos) transneptunianos sea como mirar la penumbra….
🙂

Txemary Txemary

Tú mismo te has respondido, el método de tránsito que es el utilizado en este caso, hace que sea fácil* buscar esos planetas. Si la curva de luz cámbia, es que algo ha pasado por enmedio. Básicamente es detectar un objeto a contraluz.

Ahora bien, los objetos transneptunianos, no suelen tener una estrella detrás para que podamos observar ese contraluz. En ocasiones sí se ha sacado información de tránsitos de objetos transneptunianos cuando se sabía que iban a pasar por delante de alguna estrella, desde la perspectiva terrestre. Pero es algo que si no lo sabes de antemano, prácticamente no hay posibilidad de acertar, en alguna ocasión se ha dado el caso, pero es bastante difícil. Sobre todo si los periodos de rotación son tan brutalmente amplios como en los supuestos de este estudio.

*Entiéndase fácil con unos instrumentos aterradoramente precisos.

Paco Paco

Uno consiste en buscar monedas de céntimos debajo de una farola, lo otro consiste en buscar de noche una moneda en un desierto sin iluminación.

Pig de Mont Pig de Mont

Claro que hay exolunas. Los Na’vi viven un una. Lo vi en un documental que se llamaba Avatar.

SB SB

Gracias Pochimax! Una explicación plausible, y muy completa, desde luego. Seguro que en el futuro aprenderemos a distinguir estos objetos y a catalogarlos con precisión.

Ciertamente, este sistema se encuentra realmente lejos. La luz que vemos ahora procedente de allí partió hacia nosotros en los albores, incluso algo antes, de la civilización egipcia, por hacernos una idea de la desmesura en distancia….

Un saludo.

Caresth Caresth

Hola, Daniel. Ya que comento, quisiera agradecer el esfuerzo que haces por ilustrarnos un poco. Creo que hay un pequeño error en el texto: al principio dices que la luna es del tamaño de Neptuno y hacia el final, que es como Urano.

Pelau Pelau

No es error, es que para el caso da igual. Neptuno y Urano tienen casi el mismo tamaño, aproximadamente 4 veces el tamaño de la Tierra.

Diámetro medio de Neptuno: 49.244 km
Diámetro medio de Urano: 50.724 km
Diámetro medio de la Tierra: 12.742 km

Saludos.

rafa 2 rafa 2

Nunca se me había ocurrido lo de encontrar una super-exo-luna orbitando una super-exo-planeta gaseoso.

Gracias por el artículo.

exforocochero exforocochero

1 pársec = 206265 ua = 3,2616 años luz

Mi cerebro cortocircuita al imaginar estas cifras. Sin duda, el universo es grande de cojones y esconde muchas sopresas. Lástima que nuestros sistemas de propulsión sean tan primitivos.

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