Un grupo de investigadores ha analizado 800 púlsares en busca de exoplanetas en su entorno. Es un trabajo que presenta oportunidades interesantes, porque en su entorno se han llegado a encontrar mundos con mucha menos masa que la de la Tierra. ¿Qué han encontrado?

La utilidad de los púlsares al buscar mundos a su alrededor

Los primeros exoplanetas, descubiertos en 1992, fueron hallados en torno a un púlsar. Fue alrededor de PSR B1257+12 (hoy también conocido como Lich), a 2300 años-luz del Sistema Solar. Apenas dos años después, descubrieron un tercer exoplaneta en ese sistema. Hoy en día, esos tres mundos son conocidos como Draugr, Poltergeist y Phobetor. Ahora, un grupo de investigadores quiere llevar a cabo una búsqueda parecida, pero analizando 800 púlsares. Los púlsares resultan interesantes por sí mismos. Son estrellas de neutrones…

Estudian 800 púlsares en busca de exoplanetas
Recreación artística del sistema de PSR B1257+12. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Tienen la particularidad de emitir haces de radiación electromagnética desde sus polos. Esto provoca que, si uno de los polos apunta hacia la Tierra, podamos ver cómo se ilumina. Como si se tratase de un faro en la costa. Los púlsares emiten en el espectro de radio, luz visible, rayos X y rayos gamma. A medida que el púlsar rota, su haz es visible en intervalos de hasta apenas unos pocos milisegundos. Son intervalos muy precisos y eso provoca que sean ideales para la búsqueda de posibles planetas a su alrededor.

Incluso una pequeña variación permitiría deducir que el púlsar se está moviendo. Por lo que uno o varios planetas podrían estar interaccionando con él. El método de búsqueda de exoplanetas alrededor de púlsares es conocido como el método de variaciones de un púlsar. El método de tránsito, el que se emplea más comúnmente, requiere observar la luz de una estrella y buscar caídas regulares en su brillo. Algo que podría apuntar a la presencia de un planeta pasando por delante de la estrella (desde nuestra perspectiva). Pero no es perfecto…

800 púlsares que pueden dar mucha información

El problema del método de tránsito es que es más fácil detectar planetas grandes, porque bloquean más luz de la estrella. Además, también es más fácil encontrar planetas más cercanos a la estrella, porque orbitan más rápidamente y provocan caídas en su brillo con más frecuencia. El método de variaciones de púlsar es diferente. Como el tiempo que tarda un púlsar en brillar, desde nuestra perspectiva, es extremadamente preciso, es posible captar planetas muy pequeños. Por pequeños que sean, esos planetas tendrán un efecto en el púlsar.

Concepto artístico de una estrella a punto de explotar (y dar paso a una supernova y una estrella de neutrones). Crédito: NASA/Dana Berry.

De hecho, los exoplanetas descubiertos alrededor de Lich, en la década de los 90, son más pequeños que la mayoría de exoplanetas descubiertos mediante el método de tránsito. El más pequeño apenas tiene 0,02 masas terrestres. Hasta 2019, el exoplaneta más pequeño, descubierto con el método de tránsito, tenía el 80% de la masa de la Tierra (0,8 masas terrestres). De ahí que este estudio, analizando 800 púlsares, resulte interesante. Sigue un camino diferente al de la mayoría de estudios que intentan descubrir exoplanetas.

Los investigadores han analizado los datos de púlsares ya recogidos por el observatorio Jodrell Bank, en Reino Unido. ¿Cuál es la posibilidad de encontrar más exoplanetas alrededor de púlsares? Los púlsares tienen su origen en condiciones extremas, por lo que los sistemas como Lich podrían ser muy raros. ¿Pueden formarse planteas después de que se produzca la supernova previa a la formación del púlsar? Los investigadores plantean un escenario en el que un planeta podría formarse en torno a un sistema binario, y después ser capturado por la estrella de neutrones.

Entendiendo la supervivencia de los planetas en sistemas extremos

Tras una colisión entre ambas estrellas, el planeta podría ser capturado por la estrella de neutrones. Del mismo modo, es posible que el planeta llegue a sobrevivir a la supernova. En ese caso, explican los investigadores, nos encontraríamos con un sistema formado por un púlsar normal y planetas en órbitas excéntricas. Estos planetas serían poco frecuentes, porque necesitarían un entorno muy concreto para sobrevivir. Otro escenario alternativo podría ser más plausible. En una supernova se expulsa una cantidad de material enorme.

Parte de esa materia, sin embargo, puede no llegar a escapar de la gravedad de la estrella de neutrones. Así que, después, se forma un disco protoplanetario y los planetas se forman por el método de acreción. En ese caso, explican los investigadores, se esperaría encontrar un púlsar normal rodeado por planetas de poca masa en órbitas circulares. Un tercer escenario plantea que un planeta sea, directamente, los restos de una estrella de neutrones que formaba parte de un sistema binario de estrellas de neutrones.

En ese caso, una de las estrellas perturba a la otra y provoca que se evapore parcialmente. El núcleo superviviente se convierte en un planeta, formado casi en su integridad por diamantes. Son solo tres escenarios posibles para explicar cómo podrían encontrarse exoplanetas alrededor de púlsares. Uno de los motivos para llevar a cabo esta búsqueda es, precisamente, poder acotar mejor las posibilidades de formación. Con más información, será más sencillo poder determinar cuál de estos escenarios es más factible que el resto.

El método de variación de púlsar no es perfecto

A pesar de su precisión, el método de variación de púlsar tiene sus inconvenientes. Por lo que los investigadores han tenido que crear un modelo detallando el efecto que tiene un planeta en un púlsar. La combinación de planeta y púlsar funciona mejor como un sistema binario. Así, añaden, cuando el púlsar es parte de un sistema binario (sea con otra estrella o un planeta) se mueve alrededor del centro de masas del sistema, moviéndose respecto a un observador en la Tierra. Ese movimiento crea un pequeño retraso en el viaje de la señal a la Tierra.

Concepto artístico del exoplaneta GJ 1132b, que orbita alrededor de la estrella GJ 1132. Crédito: MPIA

Es algo que se conoce como el retraso Rømer. Teniendo ese aspecto, y otros en cuenta, han creado un método de análisis que permita revisar los datos. De esta manera, lo que obtienen es que dos terceras partes, de esos 800 púlsares estudiados, tienen pocas probabilidades de tener planetas con entre 2 y 8 veces la masa de la Tierra. Además, menos del 0,5% de los 800 púlsares podrían tener planetas rocosos tan grandes como los observados en Lich (de hasta 4 masas terrestres). Por otro lado, el planeta más pequeño de ese sistema también es un reto.

Los investigadores explican que no sería posible detectar un planeta de solo 0,02 masas terrestres en el 95% de los datos que han analizado. Su presencia quedaría oculta por el ruido de los instrumentos y el propio púlsar. También añaden que no está claro si un planeta tan pequeño podría existir de manera aislada. Sea como fuere, 15 de los púlsares mostraron irregularidades, aunque no quiere decir que sean exoplanetas. La magnetosfera de un púlsar puede provocar que, de manera periódica, se produzcan irregularidades…

Los planetas en torno a púlsares parecen raros, según las observaciones de estos 800 púlsares

En sus conclusiones, los investigadores explican que los planetas en torno a púlsares parecen poco frecuentes. Solo uno de los 800 púlsares parece que podría tener planetas. Se trata de PSR J2007+3120. Es posible que albergue dos exoplanetas. El primero de ellos podría tardar 723 días (con un margen de error de 8 días) en orbitarlo. En el caso del segundo planeta no están seguros de si realmente existiría o solo es ruido en los datos. Así que tan solo un pulsar parece tener planetas de esos 800 mundos. Esto permite también alcanzar otra conclusión.

El estudio de 800 púlsares concluye que, en principio, los exoplanetas a su alrededor serán poco frecuentes.
Imagen visible (y de rayos X), de RCW 103, la supernova en la que se encuentra 1E 1613, el púlsar más lento que hayamos descubierto hasta la fecha. Crédito: Rayos X: NASA/CXC/University of Amsterdam/N.Rea et al; Óptico: DSS

El sistema de Lich y sus planetas debe haber tenido un mecanismo de formación poco común. Además, también dicen que pueden descartar la presencia de planetas con más de 10 masas terrestres alrededor de los púlsares estudiados. No es el caso para planetas mucho menos masivos, con menos del 10% de la masa de la Tierra. Algunos de ellos podrían estar ocultos, simplemente, en los datos, aunque no tienen claro que puedan formarse de manera aislada. En definitiva, parece que los púlsares no son el mejor lugar para encontrar exoplanetas.

Con mejor tecnología puede que esto cambie. Pero lo cierto es que estos objetos extremos, con campos magnéticos muy fuertes, tampoco son el mejor escenario para que un planeta pudiese ser habitable. En cualquier caso, no es lo que se buscaba responder en este estudio, que pretendía contestar a si los púlsares podrían tener exoplanetas de manera relativamente común. No parece ser así, pero por suerte hay miles de millones de estrellas en la Vía Láctea que sí ofrecen un escenario mucho más amable para que se formen a su alrededor…

Estudio

El estudio es I. Niţu, M. Keith, B. Stappers et al.; «A search for planetary companions around 800 pulsars from the Jodrell Bank pulsar timing programme». Será publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society y puede consultarse en este enlace.

Referencias: Universe Today