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Exoplanetas

Durante el anterior mes ha habido una sucesión de noticias con respecto a la detección directa de diferentes planetas extrasolares, lo que ha incitado una pequeña batalla sobre cual es la primera imagen de un planeta extrasolar. Sin entrar en estos detalles, los planetas en cuestión fueron Fomalhaut b, detectado en el espectro visible, un sistema planetario en la joven estrella HR8799 en el infrarojo cercano y un planeta en la estrela Beta Pictoris. Vamos a reproducir parte de las noticias aparecidas al respecto en Cuaderno de Bitácora Estelar.

Un sistema planetario orbitando una estrella:

Un equipo internacional, usando los telescopios Gemini y Keck, en Hawaii, ha conseguido la imagen de un verdadero sistema planetario orbitando alrededor de una estrella:


Imagen del sistema planetario HR 8799 del año 2007, cuando solo se sabía de la existencia de dos planetas orbitando la estrella. © Crédito imagen: sciencedaily.com

Se trata de HR8799, una estrella bastante joven con una masa 1.5 veces la del Sol. Se confirma ahora la presencia de tres exoplanetas, con unas 7 y 10 veces la de Júpiter, orbitando a gran distancia de la estrella (15, 40 y 70 unidades astronómicas, la que media entre el Sol y la Tierra). El sistema también incluyo un tenue disco de polvo, resto de la formación del sistema y análogo al existente en el Sistema Solar, aunque, por la edad del sistema, debiera ser bastante más masivo. De hecho, discos y planetas son subproductos de la propia formación de las estrellas, que durante sus primeros millones de años de vida pasa por unas etapas bien definidas.

El planeta de la estrella Fomalhaut:

observable en luz visible, en el rango óptico. En esta ocasión, con el Hubble Space Telescope. Alrededor de nuestro viejo conocido Fomalhaut, uno de los "Big Four", las cuatro estrellas prototípicas de ejemplo de disco debris.


Crédito: NASA, ESA, P. Kalas, J. Graham, E. Chiang, E. Kite (University of California, Berkeley), M. Clampin (NASA Goddard Space Flight Center), M. Fitz
gerald (Lawrence Livermore National Laboratory), and K. Stapelfeldt and J. Krist (NASA Jet Propulsion Laboratory)


La técnica usada en esta ocasión es imagen directa en el rango óptico del espectro electromagnético (el que vemos los seres humanos). Sin embargo, debido a que la luz de la estrella es muchísimo más intensa que la del disco o del planeta, se suprime parcialmente mediante el uso de una máscara interpuesta en el camino óptico dentro del telescopio, denominada coronógrafo. La naturaleza planetaria del objeto se confirma debido al movimiento orbital del mismo en torno a la estrella.


El planeta de la estrella Beta Pictoris:

Más de 20 años después del descubrimiento de su disco exozodiacal, el primero identificado, se demuestra la existencia de una planeta cerca de la estrella.



La imagen tomada con el VLT (crédito ESO). En realidad es una imagen compuesta. La parte más externa fue tomada con el 3.6 metros del Observatorio de La Silla, mientras que interna fue tomada con VLT/NAOS, el sistema de óptica adaptativa de uno de los telescopios de 8 metros. El nuevo planeta-candidato está a unas ocho unidades astronómicas y es más de mil veces más débil que la estrella. La edad es de unos 12 millones de años.

 

Pero ... ¿que es un exoplaneta?

Un planeta extrasolar o exoplaneta, es un planeta que orbita una estrella diferente al Sol y que, por tanto, no pertenece al Sistema Solar. En 1995 Michel Mayor y Didier Queloz descubrieron mediante métodos de detección indirectos el primer planeta extrasolar orbitando una estrella en la secuencia principal. Desde entonces se han sucedido en ritmo creciente los descubrimientos de nuevos planetas, superando con creces la cifra de 300 en la actualidad.

De acuerdo con la actual definición de "planeta", un planeta tiene que orbitar una estrella. Sin embargo, se considera posible la existencia de cuerpos planetarios no ligados a la gravedad de ninguna estrella. Tales cuerpos habrían sido eyectados del sistema en el que se formaron y en la literatura científica se les denomina frecuentemente como planetas errantes o planetas interestelares y no son objeto de estudio en el presente artículo.

Pocas características se conocen de los planetas extrasolares ya que las técnicas de observación actuales no permiten la obtención de muchos datos. Sin embargo se han podido determinar los parámetros más básicos de sus órbitas y una cota inferior para sus masas. Casi todos los exoplanetas han sido descubiertos por el método de las velocidades radiales. Orbitan alrededor de estrellas normales de la secuencia principal, de tipo espectral G, F y K. Las masas de la mayoría de estas estrellas son parecidas a la del Sol, variando entre 0,7 veces para la estrella HD 160691 hasta 1,35 veces la masa del Sol de la estrella OGLE-TR-132. Están situadas a una distancia de la Tierra entre 40 y 300 años luz.

 

Métodos de detección de planetas extrasolares:

Velocidad radial.- Este método se basa en el Efecto Doppler. El conjunto estrella y planetas se desplaza por el espacio según lo que se denomina velocidad propia del centro de masas. Si la estrella no tiene planetas el centro de masas (CM) corresponde al centro de la estrella en cualquier instante. Sin embargo un sistema planetario causa pequeñas variaciones en la posición de su estrella desplazándose alrededor del CM. El movimiento será circular o elíptico si sólo existe un planeta y más complicado si existen varios. Las oscilaciones de la estrella pueden detectarse mediante leves cambios en las líneas espectrales según la estrella se acerca a nosotros (corrimiento hacia el azul) o se aleja (corrimiento al rojo). Este método ha sido el más exitoso en la búsqueda de nuevos planetas.

Astrometría.- La perturbación que produce la existencia de un planeta o de un sistema planetario alrededor de una estrella se manifiesta, entre otros efectos, como un balanceo de la estrella, una pequeña variación de su posición. Estas variaciones son tan pequeñas sin embargo que el método no ha sido factible por el momento. Históricamente el método astrométrico proporcionó los primeros candidatos a planetas extrasolares, todos ellos desbancados posteriormente.

Tránsitos.- Consiste en observar fotométricamente la estrella y detectar sutiles cambios en la intensidad de su luz cuando un planeta gira sobre ella. Los planetas de una estrella de tipo solar pueden manifestar su existencia mediante la ocultación parcial de la misma al pasar entre ella y el observador (un eclipse parcial). Actualmente pueden detectarse planetas semejantes a la Tierra a una distancia de una UA o planetas parecidos a Marte en órbitas como la de Mercurio. Planetas semejantes a Mercurio pueden detectarse en la zona habitable. Sin embargo depende de los periodos orbitales ya que si son superiores a 2 años no son realmente detectables.

Microlentes gravitacionales.- El efecto de lente gravitacional ocurre cuando los campos de gravedad del planeta y la estrella actúan para aumentar o focalizar la luz de una estrella distante. Para que el método funcione, los tres objetos tienen que estar casi perfectamente alineados. El principal defecto de este método es que las posibles detecciones no son repetibles por lo que el planeta así descubierto debería ser estudiado adicionalmente por alguno de los métodos anteriores.

Detección visual directa.- Las fotografías podrían revelar mucha más información sobre un planeta, que cualquier otra técnica conocida. Sin embargo esto ha revelado ser mucho más difícil técnicamente que cualquiera de las otras técnicas disponibles. Las razones de esto son varias, pero entre las principales, se encuentra la diferencia entre el brillo de las estrellas y el de los planetas. En el espectro de la luz visible, una estrella promedio es miles de millones de veces más brillante que cualquiera de sus hipotéticos planetas, y hasta hace poco ningún detector podía identificar los planetas a partir del brillo estelar.

Perturbaciones gravitacionales en discos de polvo.- En estrellas jóvenes con discos circumestelares de polvo a su alrededor es posible detectar irregularidades en la distribución de material en el disco circumestelar ocasionadas por la interacción gravitatoria con un planeta. De este modo ha sido posible inferir la presencia de 3 planetas orbitando la estrella Beta pictoris y de otro planeta orbitando la estrella Fomalhaut.

Enlaces de interés:

Listado de planetas extrasolares completo, por Planet Quest del Jet Propulsion Laboratory de la Nasa.

 


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