Densidad de los exoplanetas de TRAPPIST-1

Los exoplanetas de TRAPPIST-1 conforman el sistema exoplanetario de cuerpos del tamaño de la Tierra más grande que se conoce. Compuesto por siete planetas, está situado a unos 40 años luz de distancia en dirección a la constelación de Acuario. En 2016 una investigación llevada a cabo con el telescopio TRAPPIST-Sur (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope) anunció que se habían detectado tres exoplanetas (Gillon, 2016). Posteriormente, gracias a la colaboración entre el telescopio espacial Spitzer y los telescopios terrestres TRAPPIST-Sur y VLT en Chile, descubrieron el resto (Gillon, Triaud & Demory, 2017).

Los siete exoplanetas de TRAPPIST-1 están tan cerca de su estrella, una enana roja ultrafría, que cabrían dentro de la órbita de Mercurio. Todos ellos fueron detectados por el método del tránsito por lo que analizando estos datos y viendo el tiempo orbital, los científicos han estimado las masas y diámetros de estos exoplanetas. Así han podido calcular su densidad.

tránsitos de TRAPPIST-1 — Curvas de luz de la estrella tomadas cuando cada uno de los siete exoplanetas pasan por delante de ella en el tránsito. El flanco de bajada corresponde al primer contacto del planeta con el disco de la estrella y el flanco de subida, a la salida. La parte baja de cada curva corresponde a cuando el planeta está inmerso en el disco de la estrella, reduciendo así su brillo || Créditos: ESO/M. Gillon et al (Ampliar).

Medidas precisas de densidad

Ahora, una nueva investigación (Agol, 2021) ofrece las medidas de densidad más precisas hasta ahora para cualquier grupo de exoplanetas. El equipo de científicos liderado por Eric Agol, investigador en la universidad de Washington, ha visto que los exoplanetas de TRAPPIST-1 tienen densidades notablemente muy similares cuya desviación no supera el 3%. Pero en conjunto, son un 8% menos densos que la Tierra.

Esto significaría que los planetas del sistema de TRAPPIST-1 contienen los materiales que componen la mayoría de los planetas rocosos pero en distintas proporciones que en la Tierra. Estos materiales son: hierro, oxígeno, magnesio y silicio. Los investigadores creen que la proporción de hierro es de un 21% en comparación con el 32% que tenemos aquí en la Tierra.

Además, el hierro en los planetas TRAPPIST-1 podría estar asociado con altos niveles de oxígeno, formando óxidos de hierro. Esa alta concentración de oxígeno también disminuiría la densidad del planeta con respecto a la Tierra.

densidades de los exoplanetas de TRAPPIST-1 — Infografía que ilustra el cálculo de la densidad de los exoplanetas de TRAPPIST-1 || Créditos: NASA/JPL-Caltech (Ampliar).

¿Agua en los exoplanetas de TRAPPIST-1?

El equipo también analizó si parte de la superficie de cada planeta podría estar cubierta de agua, algo que tendría una gran repercusión en la medida de la densidad. Los modelos apuntan a que el agua tendría que representar aproximadamente el 5% de la masa total de los cuatro planetas. Como ejemplo, el agua supone menos del 0,1% de la masa de la Tierra.

Sin embargo, al estar tan cerca de su estrella, el agua difícilmente podría estar en estado líquido. Si la atmósfera fuese tan densa como la de Venus, entonces sí podríamos encontrar agua, aunque en estado gaseoso. De todos modos, Agol cree que de haber agua, no estaría en las mismas concentraciones en cada planeta. Sería mucha casualidad. Así, el hecho de que la densidad de los planetas sea similar apunta a que el agua no existe en el sistema, o al menos, no en grandes cantidades.

agua en TRAPPIST-1 — Infografía que muestra los exoplanetas de TRAPPIST-1 junto a su potencial para albergar agua líquida según la temperatura superficial a la que se encuentran || Créditos: NASA/R. Hurt/T. Pyle (Imagen original).

El laboratorio TRAPPIST-1

Como bien dice Caroline Dorn, astrofísica en la Universidad de Zurich y coautora del artículo, «El sistema TRAPPIST-1 es fascinante porque podemos aprender sobre la diversidad de planetas rocosos dentro de un solo sistema. Podemos aprender más sobre un planeta al estudiar a sus vecinos. Este sistema es perfecto para eso».

Referencias

Agol, E. et al (2021). «Refining the Transit-timing and Photometric Analysis of TRAPPIST-1: Masses, Radii, Densities, Dynamics, and Ephemerides». The Planetary Science Journal, 2, núm. 1. DOI: 10.3847/PSJ/abd022 (Ver) (PDF).
Gillon, M. et al (2016). “Temperate Earth-sized planets transiting a nearby ultracool dwarf star“. Nature 533, 221 – 224. DOI: 10.1038/nature17448 (Ver) (arXiv).
Gillon, M.; Triaud, A.; Demory, B.O. et al. Seven temperate terrestrial planets around the nearby ultracool dwarf star TRAPPIST-1. Nature 542, 456-460 (2017). DOI: 10.1038/nature21360 (Ver) (PDF).
de Wit, J.; Wakeford, H.R.; Lewis, N.K. et al. Atmospheric reconnaissance of the habitable-zone Earth-sized planets orbiting TRAPPIST-1. Nature Astronomy 2, 214–219 (2018). DOI: 10.1038/s41550-017-0374-z (Ver) (arXiv).
The 7 Rocky TRAPPIST-1 Planets May Be Made of Similar Stuff. NASA Exoplanets News, 2021-015 (2021) (Ver).