Durante más de una década, los astrónomos han buscado planetas orbitando a AU Microscopii, una estrella cercana que sigue rodeada por un disco de desechos remanente de su formación. Ahora, usando datos del Satélite TESS y del ya retirado Telescopio Espacial Spitzer, unos científicos han descubierto un planeta tan grande como Neptuno que gira alrededor de la joven estrella en poco más de una semana.

El sistema, conocido como AU Mic, ofrece una oportunidad única para estudiar planetas y sus atmósferas y entender cómo se forman, evolucionan e interactúan con sus estrellas.

"AU Mic es una estrella joven y próxima de tipo M, o enana roja. Está rodeada por un enorme disco de escombros en el que se han detectado agrupaciones móviles de polvo, y ahora, gracias a TESS y Spitzer, un planeta con una cuantificación de tamaño directa", dijo Bryson Cale, estudiante de doctorado en la Universidad George Mason en Fairfax, Virginia. "No hay otro sistema conocido que cumpla con todos estos singulares criterios".

Este nuevo planeta, AU Mic b, se describe en un artículo científico coescrito por Cale y liderado por su tutor Peter Plavchan, profesor auxiliar de física y astronomía en George Mason. El hallazgo fue divulgado el miércoles 24 de junio en Nature.

AU Mic es una enana roja fría con una edad estimada de 20 a 30 millones de años, lo que le convierte en un bebé estelar en comparación con nuestro Sol, que es al menos 150 veces más viejo. La estrella es tan joven que principalmente brilla por el calor generado por su propia gravedad al tirar de ella hacia adentro y comprimirla. Menos del 10% de su energía proviene de la fusión nuclear de hidrógeno en helio, el proceso que potencia a estrellas como nuestro Sol.

El sistema se encuentra a 31,9 años luz de distancia, en la constelación austral del Microscopio. Forma parte de una colección cercana de estrellas denominadas grupo móvil Beta Pictoris, que toma su nombre de una estrella tipo A más grande y caliente que alberga dos planetas y está igualmente rodeada por un disco de desechos.

Aunque los sistemas tienen la misma edad, sus planetas son marcadamente diferentes. El planeta AU Mic b casi abraza su estrella, completando una órbita cada 8,5 días. Pesa 58 veces menos que la Tierra, lo que lo coloca en la categoría de mundos similares a Neptuno. En contraste, Beta Pictoris b y c son al menos 50 veces más grandes que AU Mic b y tardan respectivamente 21 y 3,3 años en orbitar su estrella.

"Creemos que AU Mic b se formó lejos de su estrella y migró hacia su órbita actual, algo que puede ocurrir cuando los planetas interactúan gravitacionalmente con un disco de gas o con otros planetas", explicó Thomas Barclay, coautor e investigador asociado de la Universidad de Maryland, Condado de Baltimore, y científico asociado del proyecto TESS en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “En cambio, la órbita de Beta Pictoris b no parece haber migrado mucho. Las diferencias entre estos sistemas de edad similar pueden decirnos mucho sobre cómo se forman y migran los planetas".

Detectar planetas alrededor de estrellas como AU Mic plantea un desafío particular. Estas turbulentas estrellas tienen campos magnéticos fuertes y pueden estar cubiertas de puntos estelares —regiones más frías, oscuras y altamente magnéticas, similares a las manchas solares— que frecuentemente expulsan poderosos destellos estelares. Las manchas y sus destellos contribuyen a los cambios de brillo de la estrella.

Durante Julio y Agosto de 2018, cuando TESS observaba AU Mic, la estrella produjo numerosas erupciones de las cuales, algunas fueron más poderosas que las erupciones más fuertes registradas en el Sol. El equipo realizó un análisis detallado para sustraer estas perturbaciones de los datos de TESS.

Cuando, desde nuestra perspectiva, un planeta pasa por delante de su estrella en un evento conocido como tránsito, su paso ocasiona una clara disminución en el brillo de la estrella. TESS monitorea extensas franjas del cielo, llamadas sectores, durante 27 días continuos para cada sector. En el curso de esta larga observación, las cámaras realizan capturas regulares que permiten a los científicos monitorear los cambios de brillo estelar.

Bajadas regulares en el brillo estelar sugieren la posibilidad de un planeta en tránsito. Usualmente se necesita observar al menos dos tránsitos para identificar la presencia de un planeta.

"Desafortunadamente, el segundo de los tres tránsitos ocurridos en el lapso de observación de TESS aconteció cerca de su punto más próximo a la Tierra. En ese momento, TESS no observaba porque estuvo ocupada transmitiendo todos los datos almacenados", dijo Diana Dragomir, coautora y profesora asistente de investigación de la Universidad de Nuevo México en Albuquerque. "Para llenar el vacío, se concedió a nuestro equipo tiempo de observación con Spitzer, que registró dos tránsitos adicionales en 2019 y nos permitió confirmar el período orbital de AU Mic b”.

Spitzer fue un observatorio infrarrojo multipropósito que funcionó desde el 2003 hasta su retirada de servicio el pasado 30 de Enero de 2020. La misión demostró ser especialmente hábil en detectar y estudiar exoplanetas alrededor de estrellas frías. Spitzer envió observaciones de AU Mic durante su último año.

Debido a que la cantidad de luz bloqueada por un tránsito depende del tamaño del planeta y la distancia orbital, los tránsitos registrados por TESS y Spitzer proporcionaron una medida directa del tamaño de AU Mic b. El análisis de estas mediciones muestra que el planeta es 8% más grande que Neptuno.

Las observaciones realizadas con instrumentos en telescopios terrestres proporcionan el límite máximo para la masa de un planeta. A medida que un planeta recorre su órbita, su gravedad estira a la estrella anfitriona, que en respuesta se mueve ligeramente. Los sensibles instrumentos de los grandes telescopios pueden detectar la velocidad radial de la estrella, así como su movimiento de ida y vuelta a lo largo de nuestra línea de visión. Combinando observaciones del Observatorio W. M. Keck y del Telescopio Infrarrojo de la NASA en Hawai y del Observatorio Europeo Austral en Chile, el equipo concluyó que AU Mic b tiene una masa menor que 58 Tierras.

Este descubrimiento demostró la capacidad de TESS para proporcionar nueva información sobre estrellas bien estudiadas como AU Mic, donde más planetas pueden estar aguardando ser descubiertos.

"Hay un posible evento de tránsito adicional en los datos de TESS, y es de esperar que TESS vuelva a visitar AU Mic a finales de este año en su misión ampliada", dijo Plavchan. "Seguimos monitoreando la estrella con mediciones precisas de velocidad radial, por lo que recomendamos mantenerse atentos”.

Durante décadas, AU Mic intrigó a los astrónomos como un posible hogar para planetas gracias a su proximidad, juventud y su claro disco de desechos. Ahora que TESS y Spitzer hallaron uno, la historia cierra ese capítulo. AU Mic es un sistema referente, un laboratorio cercano para comprender la formación y evolución de estrellas y planetas que será estudiado durante décadas.