K2-138 es un sistema planetario situado en la constelación de Acuario, a una distancia aproximada de 661 años luz del sistema solar. Está formado por una estrella de tipo espectral K1V y seis exoplanetas confirmados, denominados K2-138 b, c, d, e, f y g. Los seis orbitan a distancias mucho menores que la existente entre Mercurio y el Sol, por lo que el sistema se considera uno de los sistemas planetarios compactos mejor estudiados descubiertos por la misión K2.
El sistema adquirió notoriedad por la forma en que fue descubierto. K2-138 fue el primer sistema planetario identificado gracias a la colaboración de miles de voluntarios del proyecto de ciencia ciudadana Zooniverse, quienes analizaron las curvas de luz obtenidas por la misión K2 del telescopio espacial Kepler. El descubrimiento demostró que la participación ciudadana puede desempeñar un papel importante en la identificación de nuevos exoplanetas mediante el análisis de grandes conjuntos de datos astronómicos.
Otra de las características más destacadas de K2-138 es la configuración orbital de sus planetas. Los cinco planetas interiores forman una cadena cercana a una resonancia orbital de 3:2, mientras que el planeta exterior, K2-138 g, se encuentra más alejado y no forma parte de esa cadena resonante. Debido a esta configuración, el sistema constituye un importante laboratorio natural para estudiar la formación, migración y evolución dinámica de sistemas planetarios compactos.
Descubrimiento
El descubrimiento de K2-138 se produjo durante la misión K2 del telescopio espacial Kepler. Tras el fallo de dos de sus ruedas de reacción en 2013, el telescopio continuó operando mediante una nueva estrategia de observación que consistía en estudiar diferentes campos estelares durante aproximadamente 80 días. Esta segunda etapa de la misión recibió el nombre de «K2» o «Second Light».
En 2017, el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial puso en marcha el proyecto «Exoplanet Explorers» dentro de la plataforma Zooniverse. Su objetivo era que voluntarios de todo el mundo analizaran las curvas de luz de más de 75 000 estrellas observadas por la misión K2 para identificar posibles tránsitos planetarios que los algoritmos automáticos pudieran haber pasado por alto.
Los primeros indicios del sistema aparecieron cuando varios participantes detectaron disminuciones periódicas del brillo en la curva de luz de la estrella EPIC 212657164. El análisis colectivo permitió reconocer varias señales de tránsito y despertó el interés del equipo científico, que inició una investigación más detallada de los datos obtenidos por Kepler.
Posteriormente, el equipo dirigido por Jessie L. Christiansen realizó un análisis estadístico y modeló las curvas de luz para confirmar la naturaleza planetaria de las señales detectadas. Como resultado se validó la existencia de cinco exoplanetas, cuyo descubrimiento fue publicado en enero de 2018 en la revista The Astronomical Journal. El trabajo contó con la colaboración de más de 10 000 voluntarios, cuyos nombres aparecieron reunidos bajo la denominación «The Exoplanet Explorers Team» como reconocimiento a su contribución en el hallazgo.
En 2021 se confirmó un sexto planeta, denominado K2-138 g, detectado mediante el análisis de variaciones en los tiempos de tránsito de los planetas ya conocidos. Su descubrimiento amplió el sistema y reforzó el interés científico de K2-138 como uno de los sistemas planetarios compactos más estudiados hasta la fecha.
Características de la estrella
K2-138 es una estrella de la secuencia principal clasificada como K1V según el sistema de clasificación espectral de Morgan-Keenan. Las estrellas de tipo K, también conocidas como enanas naranjas, tienen temperaturas superficiales inferiores a las del Sol, pero superiores a las de las enanas rojas de tipo M. Se caracterizan por su estabilidad y por permanecer en la secuencia principal durante un tiempo considerablemente mayor que las estrellas de tipo G.
La estrella posee una masa equivalente al 93 % de la masa del Sol y un radio de aproximadamente el 86 % del radio solar. Su temperatura efectiva es de 5378 K, por lo que es ligeramente más fría que el Sol. Como consecuencia, emite una mayor proporción de su energía en longitudes de onda del infrarrojo y presenta un color más anaranjado.
Otro rasgo destacado de K2-138 es su metalicidad. Presenta un valor de [Fe/H] = +0,16, lo que indica una abundancia de elementos más pesados que el helio superior a la del Sol. Diversos estudios han mostrado que las estrellas con una metalicidad elevada tienen una mayor probabilidad de albergar sistemas planetarios, especialmente aquellos que contienen planetas de gran tamaño.
La edad estimada de la estrella es de 2,8+3,8−1,7 mil millones de años, por lo que probablemente es más joven que el Sol. Debido a su tipo espectral, se espera que permanezca en la secuencia principal durante más de 20 mil millones de años antes de evolucionar hacia fases posteriores.
Con una magnitud aparente de 12,2 en la banda V, K2-138 no puede observarse a simple vista. Su brillo está muy por debajo del límite de visibilidad del ojo humano, situado alrededor de la magnitud 6. Por ello, su estudio requiere telescopios equipados con instrumentos capaces de realizar observaciones fotométricas de alta precisión.
Sistema planetario
El sistema K2-138 está compuesto por seis exoplanetas confirmados, denominados K2-138 b, c, d, e, f y g, de acuerdo con la nomenclatura utilizada para los planetas extrasolares. Todos ellos fueron descubiertos mediante el método de tránsito, ya que, vistos desde la Tierra, pasan periódicamente por delante de su estrella y producen pequeñas disminuciones en su brillo.
Los seis planetas tienen radios comprendidos entre aproximadamente 1,5 y 3,4 veces el radio de la Tierra, por lo que se clasifican como supertierras y minineptunos. Sus períodos orbitales abarcan desde 2,35 días para el planeta más interno hasta casi 42 días para el más externo. Todos orbitan mucho más cerca de su estrella que Mercurio del Sol, lo que convierte a K2-138 en un sistema planetario muy compacto.
Los cinco planetas interiores forman una cadena de resonancias cercana a la relación 3:2, una configuración poco frecuente que ha despertado un gran interés entre los astrónomos por su utilidad para estudiar la formación y evolución de los sistemas planetarios. El sexto planeta, K2-138 g, fue confirmado en 2021 y orbita a una distancia considerablemente mayor, por lo que no forma parte de dicha cadena resonante.
A continuación se presentan las principales características físicas y orbitales de los planetas conocidos del sistema:
Resonancia orbital
Uno de los aspectos más llamativos del sistema K2-138 es la relación entre las órbitas de sus planetas. Los cinco planetas interiores forman una cadena cercana a una resonancia orbital de primer orden 3:2. Esto significa que, en promedio, por cada tres órbitas que completa un planeta más cercano a la estrella, el siguiente planeta exterior realiza aproximadamente dos.
En la práctica, esta relación no es perfectamente exacta, pero sí lo suficientemente cercana como para que los períodos orbitales de los planetas estén fuertemente conectados entre sí. Por ejemplo, K2-138 b completa una órbita en unos 2,35 días, mientras que K2-138 c tarda alrededor de 3,56 días. La relación entre ambos períodos es de aproximadamente 1,51, muy próxima al valor teórico de 3:2. De manera similar, las relaciones entre los demás planetas interiores siguen patrones comparables.
Se cree que esta configuración se originó durante la formación temprana del sistema. Los modelos actuales sugieren que los planetas se habrían formado en regiones más externas del disco protoplanetario, más allá de la línea de nieve, donde los compuestos volátiles pueden congelarse y facilitar la formación de cuerpos planetarios. Posteriormente, la interacción con el disco de gas habría provocado una migración hacia el interior, durante la cual los planetas quedaron atrapados en resonancias mutuas.
Este tipo de arquitectura orbital tiene implicaciones importantes para la estabilidad del sistema. Las resonancias ayudan a mantener las órbitas organizadas y reducen la probabilidad de encuentros cercanos o colisiones entre planetas a lo largo de escalas de tiempo muy largas.
El planeta exterior, K2-138 g, se encuentra fuera de esta cadena resonante. Su órbita más amplia y su menor interacción con los planetas interiores lo convierten en un caso interesante para estudiar cómo se comportan los sistemas compactos cuando existe un componente externo no resonante.
Observación
La observación de K2-138 es compleja debido a su bajo brillo aparente. Con una magnitud de 12,2 en la banda V, la estrella no puede observarse a simple vista, ya que se encuentra muy por debajo del límite de visibilidad del ojo humano. Para su estudio se requieren telescopios con una apertura moderada o instrumentos capaces de realizar mediciones fotométricas de alta precisión.
El sistema fue detectado inicialmente gracias a las observaciones del telescopio espacial Kepler durante las campañas 12 y 14 de la misión K2. Durante aproximadamente 160 días, el telescopio registró variaciones periódicas en el brillo de la estrella con una cadencia de unos 30 minutos. Estos datos permitieron construir la curva de luz que posteriormente fue analizada dentro del proyecto Exoplanet Explorers.
Todos los planetas del sistema transitan su estrella desde la perspectiva terrestre, lo que convierte a K2-138 en un sistema especialmente valioso para el estudio de exoplanetas. Cada tránsito produce una disminución muy pequeña del brillo estelar, cuya intensidad depende del tamaño del planeta.
Además de los tránsitos individuales, en algunos casos pueden producirse eventos de tránsito simultáneo, en los que dos planetas cruzan el disco estelar al mismo tiempo. Estos fenómenos permiten refinar los modelos orbitales y estudiar con mayor precisión las interacciones gravitatorias entre los planetas del sistema.
Debido a estas características, K2-138 ha sido considerado un objetivo interesante para estudios posteriores con telescopios espaciales como el James Webb (JWST), que podrían analizar las atmósferas de los planetas durante los tránsitos mediante espectroscopía de transmisión.
Referencias
Categoría:Estrellas de tipo K Categoría:Sistemas planetarios Categoría:Constelación de Acuario Categoría:Objetos astronómicos