Manchas estelares revelan la geometría de un sistema a 140 años luz

Una combinación de observaciones terrestres ha revelado las propiedades detalladas de las manchas estelares y la geometría orbital del sistema planetario TOI-3884, a 140 años luz.

La investigación, dirigida por científicos del Centro de Astrobiología del NINS (National Institutes of Natural Sciences) de Japón, se publica en The Astronomical Journal.

A medida que las observaciones atmosféricas de exoplanetas se vuelven cada vez más precisas, es más importante que nunca considerar correctamente el efecto de las manchas estelares en las estrellas anfitrionas. Una oportunidad ideal para estudiar las manchas estelares surge cuando un planeta en tránsito pasa directamente a través de ellas, un fenómeno conocido como tránsito de cruce de manchas.

TOI-3884 es una estrella enana roja ubicada a unos 140 años luz de distancia. Alberga el planeta TOI-3884b, un "superneptuno" con un radio aproximadamente seis veces mayor que el de la Tierra. Sorprendentemente, los tránsitos de TOI-3884b muestran una señal persistente de cruce de manchas. Estos sistemas son extremadamente raros y brindan una valiosa oportunidad para estudiar simultáneamente tanto las propiedades de las manchas estelares como la geometría orbital del sistema.

Estudios previos arrojaron resultados contradictorios con respecto a parámetros clave del sistema TOI-3884, como la inclinación estelar y la velocidad de rotación. El presente estudio tuvo como objetivo resolver estas discrepancias mediante observaciones terrestres más precisas.

Para capturar los tránsitos que cruzan las manchas, el equipo utilizó los instrumentos multicolor MuSCAT3 y MuSCAT4, instalados en los telescopios de 2 metros del Observatorio Las Cumbres (LCO). Entre febrero y marzo de 2024, observaron tres tránsitos y detectaron con éxito señales claras de cruce de manchas. La dependencia del color de la señal proporciona información crucial sobre la temperatura de las manchas estelares, según un comunicado del NINS.

El análisis de la curva de luz reveló que las manchas estelares son unos 200 K más frías que la superficie estelar (3150 K) y cubren aproximadamente el 15 % del disco estelar visible. Además, las tres curvas de luz de tránsito muestran cambios en la forma de la señal de cruce de manchas. Dado que estas variaciones se produjeron en un corto periodo de tiempo, es más probable que se deban a la rotación estelar que a la evolución de las manchas.

Para confirmarlo, el equipo realizó una campaña de monitoreo fotométrico utilizando la red global de telescopios de 1 metro del LCO. De diciembre de 2024 a marzo de 2025, midieron las variaciones de brillo de la estrella varias veces por noche y detectaron fluctuaciones periódicas claras. Esto reveló, por primera vez, que el período de rotación estelar es de 11,05 días.

El período de rotación medido fue consistente con los cambios de posición de las manchas inferidos a partir de las observaciones de tránsitos, lo que permitió al equipo obtener una solución única para la geometría del sistema.

Descubrieron que el eje de rotación estelar y el eje orbital del planeta están desalineados aproximadamente 62°, lo que revela que TOI-3884 es un sistema planetario muy inclinado. Estas grandes inclinaciones suelen atribuirse a interacciones gravitacionales pasadas con planetas masivos o compañeros estelares; sin embargo, no se conoce la existencia de tales compañeros, lo que hace que este sistema sea particularmente intrigante.

TOI-3884b es uno de los principales objetivos para los estudios atmosféricoS. La caracterización detallada de sus manchas estelares y su geometría orbital a partir de este estudio será crucial para la correcta interpretación de los resultados de las observaciones atmosféricas.

Además, los hallazgos también proporcionan nuevos conocimientos sobre la actividad magnética estelar. Se suele pensar que las grandes manchas estelares polares están relacionadas con los intensos campos magnéticos de las estrellas que giran rápidamente. Sin embargo, TOI-3884 no gira especialmente rápido, pero aun así alberga una mancha polar gigante.

Esto sugiere que las manchas polares podrían ser especialmente comunes entre las enanas rojas. Además de continuar con las observaciones detalladas de TOI-3884, también será importante profundizar nuestra comprensión de las propiedades generales de las manchas estelares.