La estrella enana roja TRAPPIST-1 es el hogar del grupo más grande de planetas aproximadamente del tamaño de la Tierra jamás encontrado en un solo sistema estelar. Ubicados a unos 40 años luz de distancia, estos siete hermanos rocosos proporcionan un ejemplo de la tremenda variedad de sistemas planetarios que probablemente llenan el universo.

Un nuevo estudio publicado hoy en el Planetary Science Journal muestra que los planetas TRAPPIST-1 tienen densidades notablemente similares. Eso podría significar que todos contienen aproximadamente la misma proporción de materiales que se cree que componen la mayoría de los planetas rocosos, como hierro, oxígeno, magnesio y silicio. Pero si este es el caso, esa proporción debe ser notablemente diferente a la de la Tierra: los planetas TRAPPIST-1 son aproximadamente un 8% menos densos de lo que serían si tuvieran la misma composición que nuestro planeta de origen. Con base en esa conclusión, los autores del artículo plantearon la hipótesis de que algunas mezclas diferentes de ingredientes podrían dar a los planetas TRAPPIST-1 la densidad medida.

Algunos de estos planetas se conocen desde 2016, cuando los científicos anunciaron que habían encontrado tres planetas alrededor de la estrella TRAPPIST-1 utilizando el Telescopio Pequeño Planetas y Planetesimales en Tránsito (TRAPPIST) en Chile. Las observaciones posteriores del telescopio espacial Spitzer ahora retirado de la NASA, en colaboración con telescopios terrestres, confirmaron dos de los planetas originales y descubrieron cinco más. Administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, Spitzer observó el sistema durante más de 1.000 horas antes de ser dado de baja en Enero de 2020. El Telescopio Espacial Hubble de la NASA y el ahora ya retirado Telescopio Espacial Kepler también han estudiado el sistema.

Los siete planetas TRAPPIST-1, que están tan cerca de su estrella que cabrían dentro de la órbita de Mercurio, se encontraron mediante el método de tránsito: los científicos no pueden ver los planetas directamente (son demasiado pequeños y débiles en relación con el estrella), por lo que buscan caídas en el brillo de la estrella que se crean cuando los planetas se cruzan frente a ella.

Las observaciones repetidas de las caídas de la luz de las estrellas, combinadas con las mediciones del tiempo de las órbitas de los planetas, permitieron a los astrónomos estimar las masas y diámetros de los planetas, que a su vez se utilizaron para calcular sus densidades. Cálculos previos determinaron que los planetas tienen aproximadamente el tamaño y la masa de la Tierra y, por lo tanto, también deben ser rocosos o terrestres, a diferencia de los dominados por gases, como Júpiter y Saturno. El nuevo documento ofrece las mediciones de densidad más precisas hasta ahora para cualquier grupo de exoplanetas: planetas más allá de nuestro sistema solar.

Cuanto más precisamente conozcan los científicos la densidad de un planeta, más límites podrán imponer a su composición. Tenga en cuenta que un pisapapeles puede tener aproximadamente el mismo tamaño que una pelota de béisbol, pero suele ser mucho más pesado. Juntos, el ancho y el peso revelan la densidad de cada objeto y, a partir de ahí, es posible inferir que la pelota de béisbol está hecha de algo más ligero (cuerda y cuero) y el pisapapeles está hecho de algo más pesado (generalmente vidrio o metal).
 

Las densidades de los ocho planetas de nuestro propio sistema solar varían ampliamente. Los gigantes hinchados y dominados por el gas (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) son más grandes pero mucho menos densos que los cuatro mundos terrestres porque están compuestos principalmente de elementos más ligeros como hidrógeno y helio. Incluso los cuatro mundos terrestres muestran cierta variedad en sus densidades, que están determinadas tanto por la composición de un planeta como por la compresión debido a la gravedad del mismo planeta. Al restar el efecto de la gravedad, los científicos pueden calcular lo que se conoce como densidad sin comprimir de un planeta y potencialmente aprender más sobre la composición de un planeta.

Los siete planetas TRAPPIST-1 poseen densidades similares; los valores difieren en no más del 3%. Esto hace que el sistema sea bastante diferente al nuestro. La diferencia de densidad entre los planetas TRAPPIST-1 y la Tierra y Venus puede parecer pequeña, alrededor del 8%, pero es significativa a escala planetaria. Por ejemplo, una forma de explicar por qué los planetas TRAPPIST-1 son menos densos es que tienen una composición similar a la de la Tierra, pero con un porcentaje más bajo de hierro, alrededor del 21% en comparación con el 32% de la Tierra, según el estudio.

Alternativamente, el hierro en los planetas TRAPPIST-1 podría estar infundido con altos niveles de oxígeno, formando óxido de hierro u óxido. El oxígeno adicional disminuiría las densidades de los planetas. La superficie de Marte obtiene su tinte rojo del óxido de hierro, pero al igual que sus tres hermanos terrestres, tiene un núcleo compuesto de hierro no oxidado. Por el contrario, si la menor densidad de los planetas TRAPPIST-1 fuera causada completamente por hierro oxidado, los planetas tendrían que estar completamente oxidados y no podrían tener núcleos de hierro sólidos.

Eric Agol, astrofísico de la Universidad de Washington y autor principal del nuevo estudio, dijo que la respuesta podría ser una combinación de los dos escenarios: menos hierro en general y algo de hierro oxidado.

El equipo también analizó si la superficie de cada planeta podría estar cubierta de agua, que es incluso más ligera que el óxido y que cambiaría la densidad general del planeta. Si ese fuera el caso, el agua tendría que representar aproximadamente el 5% de la masa total de los cuatro planetas exteriores. En comparación, el agua constituye menos de una décima parte del 1% de la masa total de la Tierra.

Debido a que están colocados demasiado cerca de su estrella para que el agua permanezca líquida en la mayoría de las circunstancias, los tres planetas TRAPPIST-1 internos requerirían atmósferas densas y calientes como la de Venus, de modo que el agua podría permanecer unida al planeta como vapor. Pero Agol dice que esta explicación parece menos probable porque sería una coincidencia que los siete planetas tuvieran suficiente agua presente para tener densidades similares.

"El cielo nocturno está lleno de planetas, y solo en los últimos 30 años hemos podido comenzar a desentrañar sus misterios," dijo Caroline Dorn, astrofísica de la Universidad de Zurich y coautora del artículo. “El sistema TRAPPIST-1 es fascinante porque alrededor de esta estrella podemos aprender sobre la diversidad de planetas rocosos dentro de un solo sistema. Y en realidad podemos aprender más sobre un planeta al estudiar también a sus vecinos, por lo que este sistema es perfecto para eso."