La estrella de Tabby y sus Troyanos

El Telescopio Espacial Kepler

Durante más de cuatro años, entre 2009 y 2013, el Telescopio Espacial Kepler observó de modo continuo una zona del cielo entre las constelaciones del Cisne, la Lira y el Dragón. En esa zona se detectan casi 150.000 estrellas, para cada una de las cuales el telescopio obtuvo casi 75.000 medidas de flujo independientes (aproximadamente una cada 30 minutos).

De este modo el proyecto generó curvas de luz para más de 150.000 estrellas. Cada curva de luz es la representación del brillo de la estrella durante cuatro años, a razón de un punto cada media hora. La cantidad de datos es brutal, y la abundancia de proyectos que se pueden llevar a cabo con ellos supera la imaginación. La misión tenía dos objetivos principales: detectar planetas que pudieran girar en torno a las estrellas observadas, y estudiar la forma en que el brillo de las estrellas varía con el tiempo.

Tránsitos planetarios

Supongamos que una estrella tiene un planeta que gira a su alrededor. Supongamos además que el plano en el que ese planeta gira incluye también, por casualidad, a la Tierra. De este modo una vez en cada órbita, y desde nuestro punto de vista, el planeta pasará por delante de su estrella, ocultándola parcialmente. Evidentemente los planetas son generalmente más pequeños que las estrellas y por tanto no se producirá un eclipse (desaparición aparente de la estrella) sino un tránsito (reducción de su brillo observado) que será más intenso cuanto más grande sea el planeta en comparación con la estrella central.

KIC 8462852

A finales de 2015 un grupo de astrónomos aficionados voluntarios señaló la presencia en el catálogo de datos de Kepler de una estrella cuya curva de luz era extremadamente peculiar, una vez descartada la posibilidad de cualquier error de calibración o de toma de datos. La astrónoma Tabetha Boyajian (ver vídeo) decidió estudiarla en detalle, y los resultados que obtuvo han representado desde entonces uno de los misterios de la astronomía que más han enganchado al público general.

No es para menos. La curva de luz de KIC 8462852 (también conocida ahora como la estrella de Tabby) presenta una absorción muy intensa que ocurre cerca del día 800 en el calendario de Kepler. Esta absorción puede corresponder a un tránsito, pero su intensidad indica que el planeta que la creó debe tener un tamaño muy grande, posiblemente del orden de un tercio de la estrella---como comparación Júpiter, el mayor planeta del Sistema Solar, tiene un radio de apenas una décima parte del Sol. Además la curva de luz correspondiente al tránsito es asimétrica: la bajada inicial del flujo procede más despacio que su recuperación posterior. Esta asimetría es imposible de entender en una situación sencilla, en la que tanto la estrella como el planeta fueran objetos esféricos que orbitaran siguiendo las leyes de Kepler.

Aproximadamente dos años después de este evento, la curva de luz muestra una fase extremadamente irregular, en la que se producen multitud de absorciones de pocos días de duración, que llegan a solaparse, generando una situación aparentemente caótica que cubre un período de unos tres meses. Una de las absorciones es, de hecho, comparable a la anterior en duración y profundidad, aunque parece ser más irregular.

Imagen tomada del artículo de Boyajian, que muestra el primer tránsito cerca del día 800 (izquierda) y la zona irregular en la curva de luz cerca de D1500 (derecha).

El trabajo original de Boyajian analizó una serie de posibles causas para esta extraña curva de luz. Entre las más extrañas figura la posibilidad de una megaestructura alienígena, posiblemente en construcción, que rodeara la estrella. No es de extrañar que llamara la atención de la prensa y del público e hiciera que la estrella de Tabby se convirtiera en la estrella de los medios durante semanas.

Otra explicación mucho más mundana era la posibilidad de que el primer tránsito correspondiera a un planeta que resultaría posteriormente destruido en algún tipo de hecatombe cósmica. Por tanto en su siguiente órbita, dos años después, se observarían sólo sus restos esparcidos por la trayectoria, generando las múltiples absorciones caóticas que fueron detectadas.

Aún una explicación más, preferida de hecho por Boyajian y por parte de la comunidad, se refería a un enjambre de cometas que cayera hacia la estrella desde una órbita lejana.

En general todas las explicaciones presentadas son extrañas en sí mismas, implican objetos nunca observados anteriormente, o necesitan de una casualidad temporal difícil de justificar (por ejemplo, que la destrucción del planeta tuviera lugar justo durante el tiempo cuando las observaciones de Kepler estaban siendo realizadas). Muchas de ellas implican un período orbital de ~2 años (el tiempo entre los eventos D800 y D1500).

Que entren los Troyanos

Hace aproximadamente un año nuestro colega Fernando Ballesteros, del Observatori Astronòmic de la Universitat de València, nos señaló algo que aparentemente no se le había ocurrido a nadie. Se puede interpretar el evento que ocurre cerca de D800 como el tránsito de un planeta gigante, y la serie de eventos que ocurren cerca de D1500 como el paso de los asteroides Troyanos asociados a él.

¿Qué son los Troyanos? Son objetos que comparten la órbita con un objeto mayor, pero avanzan por ella en dos grupos que se encuentran 60 grados por delante y por detrás del planeta principal. ¿Por qué precisamente ahí? Porque como demostró hace ya siglos el matemático francés Lagrange, en esos puntos se equilibran exactamente las fuerzas del sistema y se convierten en puntos de equilibrio.

Localización de los puntos de equilibrio en un sistema formado por una estrella central y un cuerpo masivo en órbita (morado). Los puntos L4 y L5 son los que están ocupados por los Troyanos. (Wikipedia)

Siempre hablando del caso de Júpiter, que es el mejor estudiado, se sabe que las zonas habitadas por los Troyanos cubren sendas extensiones de unos 50 grados a lo largo de la órbita. Si el sistema de KIC 8462852 fuera similar y pudiera explicarse la serie de eventos D1500 con una nube de Troyanos, entonces deberíamos esperar otro grupo de eventos irregulares distribuidos de modo similar simétricamente con respecto a D800, es decir, aproximadamente en la época D100.

Distribución de los asteroides Troyanos en la órbita de Júpiter (NASA).

Por desgracia la toma de datos de Kepler se inició en la fecha D120, por tanto cuando la parte principal de la nube de Troyanos había pasado. Pero ¿podría quedar algún efecto residual, no tan espectacular? Pues de hecho parece que sí. Fernando invirtió la curva de luz de modo simétrico a partir del día 800 y se observa que ciertamente la curva de luz se vuelve más irregular (aunque en pequeñas escalas) cuando nos alejamos más de ~300 días del tránsito principal, en cualquiera de las dos direcciones.

Curva de luz original (oscura) e invertida temporalmente respecto al tránsito D800 (clara). Es evidente que, de haber existido una serie de absorciones intensas e irregulares cerca de D100 habrían caído fuera de la ventana de observación de Kepler, pero que la irregularidad en pequeña escala aparece a ambos lados del tránsito principal (zonas sombreadas).

Previsiones

Un modelo científico es un modelo decente si puede hacer predicciones. En nuestro caso, por fortuna, esto es fácil: La presencia del planeta y su nube de Troyanos separadas por dos años implica que el período orbital del planeta ha de ser 12 años. Por tanto esperaríamos un nuevo tránsito principal a principios de 2023, precedido dos años antes por una fase caótica en la curva de luz, que correspondería al paso de los Troyanos que no pudimos ver con Kepler en su anterior visita.

Hasta entonces no esperaríamos ver ninguna característica particular en la curva de luz. ¿Ninguna? Bueno, en realidad nos dimos cuenta de que cerca de la mitad del período orbital el planeta debería pasar "por detrás" de la estrella. Esto es lo que los especialistas llaman un eclipse secundario, ya que cuando el planeta se esconde el brillo total del sistema decrece de modo muy ligero (se deja de recibir la luz reflejada por el planeta, que es una pequeña fracción de la de la estrella).

Nuestros cálculos nos decían que quizás se podría detectar, en algún momento cercano a marzo de 2017, una caída de la luz procedente de la estrella de Tabby de aproximadamente el 3%, durante un breve período de 2-4 días. No teníamos esperanza ni capacidad de detectar este paso por nuestros propios medios, y no le dimos importancia.

El evento D3060

El día 19 de mayo de 2017, a partir de observaciones iniciales realizadas desde Canarias por nuestros colegas Marian Martínez González, Héctor Socas-Navarro, Andrés Asensio, Carlos Westendorp y Carlos González, Tabby (la astrónoma, no la estrella) envió un tweet anunciando que algo le estaba ocurriendo a nuestra estrella favorita. Se había iniciado una caída en el flujo, de momento minúscula, pero ciertamente real.

Varios días después la inmensa mayoría de los datos que se habrán obtenido no son aún públicos, pero parece cierto que el evento ha pasado. Por supuesto que puede haber más en el futuro cercano, pero por el momento las observaciones son ciertamente compatibles con la predicción de nuestro modelo, como se puede ver en esta figura, enviada por Jason Wright.

A raíz de todo esto hemos acelerado el remate de nuestro trabajo y hoy mismo lo hemos enviado para su posible publicación en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, y también lo hemos hecho público para que la comunidad astronómica lo lea y nos comente posibles mejoras o errores que hayamos cometido. Es excitante... si en los próximos días o meses se observan nuevos tránsitos irregulares, posiblemente estemos equivocados. Si no... esperaremos a 2021!!

Si alguno estáis interesados en leer el artículo completo, tal como ha sido enviado a MNRAS, lo tenéis disponible aquí.