Son exoplanetas. ¡Estás viendo exoplanetas reales a 63 años luz de distancia!

Situada a 63,4 años luz de la Tierra, en la constelación de Pictor, se encuentra la joven y brillante estrella azul Beta Pictoris. En 2008, las observaciones realizadas desde ESO Observatorio Paranal en Chile confirmó la presencia de un planeta extrasolar. Este planeta era Beta Pictoris b, un Super-Júpiter con un período orbital que variaba de 6890 a 8890 días (~ 19 a 24 años), lo que se confirmó imaginándolo directamente mientras pasaba detrás de la estrella.

En agosto de 2019, se detectó un segundo planeta (otro Super-Júpiter) orbitando más cerca de Beta Pictoris. Sin embargo, debido a su proximidad a su estrella madre, solo se pudo estudiar por medios indirectos (medidas de velocidad radial). Tras realizar un nuevo análisis de los datos obtenidos por el VLT, los astrónomos Colaboración GRAVITY Podría confirmar la existencia de Beta Pictoris c por imagen directa.

Los investigadores responsables de la investigación detallaron sus hallazgos en dos estudios que aparecieron en la edición del 2 de octubre de Astronomía y astrofísica. los primero fue dirigido por Mathias Nowack de la Instituto Kavli de Cosmología (Universidad de Cambridge) mientras que el el segundo fue dirigida por Anne-Marie Lagrange de la Laboratorio de estudios espaciales e instrumentación en astrofísica (LESIA) y el Observatorio de París.

Ilustración artística de Beta Pictoris b, el super-Júpiter descubierto utilizando el método Direct Imaging. Crédito: ESO / L. Calçada

Como explican en su primer estudio, la colaboración de GRAVITY combinó la luz de cuatro de los grandes telescopios VLT para realizar las primeras observaciones directas de Beta Pictoris c. No solo fue la primera vez que se obtuvieron imágenes directas de un planeta tan cerca de su estrella madre, sino que también fue la primera vez que se utilizaron imágenes directas para confirmar una detección realizada con el Velocidad radial (también conocido como espectroscopia Doppler).

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Durante décadas, los astrónomos se han basado en mediciones de velocidad radial para detectar la presencia de exoplanetas. Con cientos de candidatos descubiertos hasta la fecha, es el segundo método más popular (después del Método de tránsito) y a menudo se combina con tránsitos para confirmar la existencia de exoplanetas. Sin embargo, nunca antes los candidatos descubiertos utilizando el método de velocidad radial habían sido confirmados por observación directa.

Esto solo fue posible gracias al instrumento GRAVITY, un dispositivo de segunda generación que forma parte del Interferómetro VLT (VLTI). Este instrumento combina la luz de cuatro telescopios VLT, ya sea los cuatro telescopios unitarios o los cuatro telescopios auxiliares, cada uno de los cuales es asistido por Óptica adaptativa (AO): luego los combina en un telescopio virtual, lo que permite un detalle y una sensibilidad sin precedentes.

Como Frank Eisenhauer, científico principal del proyecto GRAVITY en el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), dicho en un declaración reciente del instituto:

“El nivel de detalle y sensibilidad que podemos lograr con GRAVITY es increíble. Recién estamos comenzando a explorar mundos nuevos e impresionantes, desde el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia hasta planetas fuera del sistema solar.

Un meteorito Perseidas de 2010 sobrevuela el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral. Crédito: ESO

Al mismo tiempo, el equipo solo pudo observar Beta Pictoris c porque las nuevas mediciones de velocidad radial pudieron establecer con precisión el movimiento orbital del planeta. Fue el tema de la segundo papel, donde muestran cómo una combinación de imágenes de alto contraste, interferometría de línea de base larga y datos de velocidad radial les permitió predecir con precisión la posición de Beta Pictoris b para que GRAVITY pudiera encontrarla.

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Sus observaciones también les permitieron restringir aún más las propiedades físicas y orbitales de Beta Pictoris b y cy también predice las aproximaciones más cercanas a los dos planetas. Sin embargo, lo que esto reveló fue bastante confuso para el equipo de GRAVITY. Beta Pictoris c es aproximadamente 8 veces más masivo que Júpiter y se encuentra a aproximadamente 2,7 AU de su estrella, aproximadamente la misma distancia que el cinturón de asteroides principal del Sol.

Y, sin embargo, c es aproximadamente seis veces más débil que Beta Pictoris b, que gira alrededor de su estrella a una distancia de aproximadamente 9,8 AU, lo que equivale a la distancia entre Saturno y el Sol. Esto plantea la pregunta de cuán grande y masiva debe ser para que refleje seis veces más luz. Por el momento, las estimaciones de masa para b están menos restringidas, y varían entre 10 y 11 masas de Júpiter.

Pero como indican, las observaciones futuras que utilicen el método de velocidad radial pueden responder a esta pregunta. El único problema es que llevará varios años, ya que Beta Pictoris b tarda alrededor de 28 años en completar una sola órbita alrededor de su estrella. GRAVITY +, el instrumento de próxima generación que se está desarrollando actualmente, también podría proporcionar datos adicionales.

Impresión artística del camino de la estrella S2, que siguió la colaboración de GRAVITY utilizando el VLT en el Observatorio Paranal en Chile. Crédito: ESO / M. Kornmesser

Como Paul Molliere, postdoctorado en el MPIA que modela los espectros de exoplanetas, adicional:

“Hemos utilizado GRAVITY antes para obtener espectros de otros exoplanetas directamente fotografiados, que ya contenían pistas sobre su proceso de formación. Esta medición de la luminosidad de Beta Pictoris c, combinada con su masa, es un paso particularmente importante para restringir nuestros modelos de formación planetaria.

Los resultados del equipo también les permitieron limitar la presencia de planetas adicionales en el sistema Beta Pictor. Gracias a las mediciones y los datos combinados, son capaces de excluir la presencia de planetas 2,5 veces más masivos que Júpiter con 3 UA de la estrella; planetas que tienen más de 3,5 masas de Júpiter entre 3 y 7,5 AU, y más de 1-2 masas de Júpiter por encima de 7,5 AU.

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Pero quizás el punto más impresionante de esta investigación es cómo los astrónomos ahora pueden combinar las mayores fortalezas de los métodos directos e indirectos para estudiar exoplanetas. Como explicaron en el primer estudio, la detección directa es más sensible a los planetas que orbitan a una gran distancia de su estrella anfitriona, mientras que los métodos indirectos son más sensibles a los planetas con un período orbital pequeño.

Según Nowak, esto abre la puerta a nuevos estudios que pueden visualizar directamente planetas con órbitas más estrechas, donde normalmente se encuentran planetas potencialmente habitables y “similares a la Tierra” (rocosos). “Esto significa que ahora podemos obtener tanto la luminosidad como la masa de este exoplaneta”, dijo. “Como regla general, cuanto más masivo es el planeta, más brillante es”.

Impresión artística del ELT utilizando láseres para corregir las perturbaciones atmosféricas, parte de la técnica conocida como óptica adaptativa. Crédito: ESO / L. Calçada / N. Risinger

Uno de los desarrollos más esperados para los estudios de exoplanetas en el futuro cercano es cómo los telescopios e instrumentos de próxima generación permitirán estudios de imágenes directas de planetas rocosos estrechamente relacionados. Esto permitirá finalmente a los astrónomos obtener espectros de las atmósferas de los muchos mundos potencialmente habitables que se han descubierto en las últimas décadas.

Al evaluar la composición de la atmósfera de estos planetas, finalmente podremos decir con certeza cuál de ellos es capaz de sustentar la vida tal como la conocemos.

Otras lecturas: MPI, Astronomía y astrofísica, AUTOMÓVIL CLUB BRITÁNICO

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