Gracias al Telescopio Espacial Chandra de la NASA, los astrónomos han detectado por primera vez signos de un planeta transitando una estrella fuera de la Vía Láctea. Este resultado intrigante abre una nueva ventana para buscar exoplanetas a distancias jamás alcanzadas.

El posible candidato a exoplaneta se encuentra en la galaxia espiral Messier 51 (M51), también llamada la Galaxia Whirlpool debido a su perfil distintivo.

Los exoplanetas se definen como planetas fuera de nuestro Sistema Solar. Hasta ahora, los astrónomos han encontrado todos los demás exoplanetas conocidos y candidatos a exoplanetas en nuestra galaxia la Vía Láctea, casi todos a menos de unos 3.000 años luz de la Tierra. Un exoplaneta en M51 estaría a unos 28 millones de años luz de distancia, lo que significa que estaría miles de veces más lejos que los de la Vía Láctea.

"Estamos tratando de abrir un campo completamente nuevo para encontrar otros mundos mediante la búsqueda de candidatos a planetas en longitudes de onda de rayos X, una estrategia que hace posible descubrirlos en otras galaxias", dijo Rosanne Di Stefano del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA) en Cambridge, Massachusetts, quien dirigió el estudio.

Este nuevo resultado se basa en tránsitos, eventos en los que el paso de un planeta frente a una estrella bloquea parte de la luz de la estrella y produce una caída característica. Los astrónomos que utilizan telescopios terrestres y espaciales, como los de las misiones Kepler y TESS de la NASA, han buscado caídas en luz óptica, la radiación electromagnética que los humanos pueden ver, lo que permite el descubrimiento de miles de planetas.

Di Stefano y sus colegas, en cambio, han buscado caídas en el brillo de los rayos X recibidos de binarios brillantes de rayos X. Estos sistemas luminosos suelen contener una estrella de neutrones o un agujero negro que extrae gas de una estrella compañera que orbita de cerca. El material cercano a la estrella de neutrones o al agujero negro se sobrecalienta y brilla en rayos X.

Debido a que la región que produce rayos X brillantes es pequeña, un planeta que pase frente a ella podría bloquear la mayoría o la totalidad de los rayos X, haciendo que el tránsito sea más fácil de detectar porque los rayos X pueden desaparecer por completo. Esto podría permitir la detección de exoplanetas a distancias mucho mayores que los estudios de tránsito de luz óptica actuales, que deben poder detectar pequeñas disminuciones de luz porque el planeta solo bloquea una pequeña fracción de la estrella.

El equipo utilizó este método para detectar el candidato a exoplaneta en un sistema binario llamado M51-ULS-1, ubicado en M51. Este sistema binario contiene un agujero negro o una estrella de neutrones que orbita una estrella compañera con una masa aproximadamente 20 veces mayor que la del Sol. El tránsito de rayos X que encontraron usando los datos del Chandra duró aproximadamente tres horas, durante las cuales la emisión de rayos X disminuyó a cero. Con base en esta y otra información, los investigadores estiman que el exoplaneta candidato en M51-ULS-1 sería aproximadamente del tamaño de Saturno y orbitaría la estrella de neutrones o el agujero negro a aproximadamente el doble de la distancia de la que se encuentra Saturno del Sol.

Si bien este es un estudio tentador, se necesitarían más datos para verificar la interpretación como un exoplaneta extragaláctico. Un desafío es que la gran órbita del planeta candidato significa que no volvería a cruzar frente a su socio binario durante unos 70 años, frustrando cualquier intento de una observación confirmatoria durante décadas.

"Desafortunadamente, para confirmar que estamos viendo un planeta, probablemente tendríamos que esperar décadas para ver otro tránsito", dijo la coautora Nia Imara de la Universidad de California en Santa Cruz. "Y debido a las incertidumbres sobre cuánto tiempo se tarda en orbitar, no sabríamos exactamente cuándo mirar".

¿Es posible que la atenuación se deba a una nube de gas y polvo que pasa frente a la fuente de rayos X? Los investigadores consideran que esta es una explicación poco probable, ya que las características del evento observado en M51-ULS-1 no son consistentes con el paso de dicha nube. Sin embargo, el modelo de un candidato a planeta es coherente con los datos.

"Sabemos que estamos haciendo una afirmación emocionante y audaz, por lo que esperamos que otros astrónomos la examinen con mucho cuidado", dijo la coautora Julia Berndtsson de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey. "Creemos que tenemos un argumento sólido, y este proceso es cómo funciona la ciencia".

Si existe un planeta en este sistema, es probable que haya tenido una historia tumultuosa y un pasado violento. Un exoplaneta del sistema habría tenido que sobrevivir a una explosión de supernova que creó la estrella de neutrones o el agujero negro. El futuro también puede ser peligroso. En algún momento, la estrella compañera también podría explotar como una supernova y hacer estallar el planeta una vez más con niveles extremadamente altos de radiación.

Di Stefano y sus colegas buscaron tránsitos de rayos X en tres galaxias más allá de la Vía Láctea, utilizando tanto el Chandra como el XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea. Su búsqueda cubrió 55 sistemas en M51, 64 sistemas en Messier 101 (la galaxia “Pinwheel”) y 119 sistemas en Messier 104 (la galaxia “Sombrero”), dando como resultado el único candidato a exoplaneta descrito aquí.

Los autores buscarán en los archivos del Chandra y XMM-Newton más candidatos a exoplanetas en otras galaxias. Se encuentran disponibles importantes conjuntos de datos del Chandra para al menos 20 galaxias, incluidas algunas como M31 y M33 que están mucho más cerca que M51, lo que permite detectar tránsitos más cortos.