Así se deforma un planeta: el gigante gaseoso con forma de balón de rugby

Jorge Lillo-Box, Centro de Astrobiología (INTA-CSIC)

En 22 horas y 12 minutos, una persona puede recorrer a pie unos 115 kilómetros. En coche, por autopista, podríamos recorrer unos 2800 kilómetros, la distancia que separa Madrid de Estambul en línea recta.

En ese tiempo, el planeta WASP-103b recorre los tres millones y medio de kilómetros de su órbita alrededor de su estrella. Este es uno de los apodados ‘Júpiter caliente de periodo ultra-corto’.

Esto nos viene a decir que este exoplaneta, situado a más de 1 500 años-luz de distancia de nuestro hogar, es una gigantesca bola de gas como nuestro hermano planetario Júpiter y que además está tan sumamente cerca de su estrella que soporta temperaturas de varios miles de grados.

¿Y eso qué significa y por qué es tan importante?

Estos dos factores, la cercanía a la estrella y la composición gaseosa del planeta, hacen que su forma no sea esférica sino ovalada, de manera que se achatan sus polos y se ensancha su ecuador. Es decir, estamos ante un planeta con forma ovalada, como un balón de rugby.

Un planeta deformado por la gravedad

La fuerza gravitatoria es una de las tres fuerzas fundamentales (junto con la electromagnética y la nuclear). Es la más relevante a escala planetaria y tiene una característica fundamental: disminuye con el cuadrado de la distancia.

Esto implica que un planeta situado tres veces más lejos que otro de su estrella notará un tirón gravitatorio nueve veces menor. Así que, cuanto más cerca estamos de una estrella, sentiremos mucho más su gravedad.

Además, no todos los materiales notan la gravedad de la misma forma. Un cuerpo rígido como una roca es menos maleable que uno líquido como el agua. Esto es lo que ocurre en el caso de la Tierra y la Luna.

La Luna, al estar tan cerca de la Tierra, ejerce una fuerza diferente en los distintos puntos del globo terráqueo. Y esto es más evidente en el fluido más abundante que tenemos sobre la superficie de nuestro planeta: el agua.

Esta diferencia de fuerzas hace que los océanos cambien ligeramente de profundidad dependiendo de la posición de la Luna en su órbita alrededor de la Tierra, produciendo el efecto que conocemos como mareas.

Estas fuerzas no afectan de manera significativa solo a los líquidos, también a los gases. Y de ahí la curiosa forma ovalada del planeta gaseoso WASP-103b.

Lo interesante no es solo que el planeta sea ovalado, sino en qué grado

Pero lo verdaderamente interesante es cuánto se achata el planeta. El grado de achatamiento del planeta depende directamente de cómo está distribuida la materia en su interior.

Es decir, sin necesidad de viajar hasta allí (algo que por otro lado es inviable) podemos atisbar la estructura interna del planeta (cómo de grande es su núcleo rocoso o cómo de densa es su gruesa capa atmosférica) tan sólo midiendo su forma y comprobando cuánto se desvía de una esfera.

Esta deformación se resume en un número con un precioso nombre: el ‘número de Love’. Los números de Love (apodados así por el matemático que los propuso, Augustus Edward H. Love) proporcionan una medida de la rigidez o elasticidad de un planeta. En concreto, el segundo número de Love, h, proporciona información sobre la distribución de materia en el núcleo de un planeta frente a su atmósfera.

En el caso que nos ocupa, hemos podido medir por primera vez un número de Love distinto de cero en un exoplaneta, obteniendo un valor de 1,59 para WASP-103b. Y este valor es muy interesante porque es similar al de nuestro vecino Júpiter (1,57).

Esto nos sugiere que la estructura interna de WASP-103b es similar a la de nuestro gigante gaseoso. Sin embargo, su tamaño es casi dos veces mayor. Este hecho nos sugiere que la gigantesca atmósfera de WASP-103b está hinchada por la alta irradiación de su estrella debido a su cercanía.

El método de los tránsitos, una manera de ‘atisbar’ la forma de un exoplaneta

Aún más, a esa distancia de su estrella, ese número de Love nos indica que su forma no es esférica, sino ovalada. Su radio en la dirección estrella-planeta es un 15 % mayor que en la dirección perpendicular, como ocurre por ejemplo con un huevo o con un balón de rugby.

Esa deformación en la propia forma del planeta se puede detectar a partir del método de los tránsitos. Esta técnica se basa en medir la disminución en el brillo de una estrella por el paso de un planeta por delante, que ocultará parte de la estrella. Es uno de los métodos más prolíficos en la detección de planetas más allá de nuestro sistema solar.

Aunque no podemos ver el planeta, sí podemos ver ese descenso en el brillo de la estrella. Como nos podemos imaginar, la forma que tenga ese descenso (al que llamamos tránsito) dependerá de la forma que tenga el planeta.

Y eso es precisamente lo que hemos usado en este caso. Liderados por la investigadora Susana Barros del Instituto de Astrofísica de Portugal, nos dimos cuenta de que los tránsitos de WASP-103b no tenían la forma esperada sino que se parecían más a lo que esperábamos para una deformación ovalada.

Sin embargo, detectar este efecto requiere de detalladas observaciones muy precisas que no son posibles en todos los casos y que están sólo al alcance de unos pocos instrumentos.

El telescopio espacial Cheops, una colaboración entre la Agencia Espacial Europea y la Agencia Suiza, con importante participación española, es uno de esos instrumentos. Cheops es capaz de medir el brillo de las estrellas con una precisión impresionante, detectando variaciones en este brillo de hasta el 0,001 % (o lo que es lo mismo, de diez partes por millón).

Esto nos ha permitido inferir que la sombra proyectada por el planeta al pasar por delante de su estrella no es esférica, sino ovalada.

Por primera vez, hemos podido medir este efecto (que ya se había predicho teóricamente) de forma observacional.

Una vez más, las observaciones corroboran las predicciones teóricas. Y de nuevo, ciencia y tecnología se dan la mano para el progreso del conocimiento, para el entendimiento del mundo que nos rodea y para la comprensión del cosmos.

Jorge Lillo-Box, Investigador postdoctoral, Centro de Astrobiología (INTA-CSIC)

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.