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Utilizando una combinación de telescopios que incluye al Very Large Telescope, del Observatorio Europeo Austral (VLT de ESO), un equipo de astrónomos ha revelado la existencia de un sistema que consta de seis exoplanetas, cinco de los cuales bailan a un extraño compás alrededor de su estrella central. Los investigadores creen que el sistema podría proporcionar pistas importantes sobre cómo los planetas, incluidos los del Sistema Solar, se forman y evolucionan.
La primera vez que el equipo observó TOI-178, una estrella a unos 200 años luz de distancia, en la constelación de Sculptor, pensaron que habían visto dos planetas rodeándola en la misma órbita. Sin embargo, al echar un vistazo más de cerca, vieron algo completamente diferente. “Tras llevar a cabo más observaciones, nos dimos cuenta de que no había dos planetas orbitando la estrella a aproximadamente la misma distancia de ella, sino más bien múltiples planetas en una configuración muy especial”, dice Adrien Leleu, de la Universidad de Ginebra y la Universidad de Berna (Suiza), quien ha dirigido un nuevo estudio sobre este sistema publicado hoy en la revista Astronomy & Astrophysics.
La nueva investigación ha revelado que el sistema cuenta con seis exoplanetas y que todos, menos el más cercano a la estrella, son prisioneros de una rítmica danza mientras se mueven en sus órbitas. En otras palabras, están en resonancia. Esto significa que hay patrones que se repiten a medida que los planetas se mueven alrededor de la estrella, haciendo que algunos planetas se alineen cada pocas órbitas. Una resonancia similar se observa en las órbitas de tres de las lunas de Júpiter: Ío, Europa y Ganímedes. Ío, el más cercano de los tres a Júpiter, completa cuatro órbitas alrededor de Júpiter para cada órbita de Ganímedes, la más lenta, y dos órbitas completas por cada órbita de Europa.
Los cinco exoplanetas exteriores del sistema TOI-178 siguen una cadena de resonancia mucho más compleja, una de las más largas descubiertas hasta ahora en un sistema de planetas. Mientras que las tres lunas de Júpiter están en una resonancia de 4:2:1, los cinco planetas exteriores del sistema TOI-178 siguen una cadena de 18:9:6:4:3, es decir, mientras que el segundo planeta de la estrella (el primero en la cadena de resonancia) completa 18 órbitas, el tercer planeta desde el principio (segundo en la cadena) completa 9 órbitas, y así sucesivamente. De hecho, inicialmente los científicos sólo encontraron cinco planetas en el sistema, pero siguiendo este ritmo resonante calcularon dónde podría haber otro planeta adicional para buscarlo en cuando dispusieran de una ventana de observación.
Más que una curiosidad orbital, esta danza de planetas resonantes proporciona pistas sobre el pasado del sistema. “Las órbitas de este sistema están muy bien ordenadas, lo que nos dice que este sistema ha evolucionado de una forma suave desde su nacimiento”, explica el coautor, Yann Alibert, de la Universidad de Berna. Si el sistema hubiera sufrido perturbaciones importantes en los momentos iniciales de su formación, por ejemplo, por un gran impacto, esta frágil configuración de órbitas no habría sobrevivido.
Trastorno en el sistema rítmico
Aunque la disposición de las órbitas sea clara y bien ordenada, las densidades de los planetas “son mucho más desordenadas”, afirma Nathan Hara, de la Universidad de Ginebra (Suiza), quien también participó en el estudio. “Parece que hay un planeta tan denso como la Tierra justo al lado de un planeta muy esponjoso, con la mitad de la densidad de Neptuno, seguido de un planeta con la densidad de Neptuno. No es a lo que estamos acostumbrados”. En nuestro Sistema Solar, por ejemplo, los planetas están perfectamente dispuestos, con los planetas rocosos y más densos más cerca de la estrella central y los esponjosos planetas gaseosos de baja densidad más alejados.
Según Leleu, “Este contraste entre la armonía rítmica del movimiento orbital y las densidades desordenadas desafía sin duda nuestra comprensión de la formación y evolución de los sistemas planetarios”.
Combinando técnicas
Para estudiar la inusual arquitectura del sistema, el equipo utilizó datos del satélite CHEOPS, de la Agencia Espacial Europea, junto con el instrumento ESPRESSO, instalado en el telescopio VLT de ESO, y los telescopios NGTS y SPECULOOS, ambos situados en el Observatorio Paranal de ESO, en Chile. Dado que los exoplanetas son extremadamente difíciles de detectar directamente con telescopios, los astrónomos deben confiar en otras técnicas para detectarlos. Los principales métodos utilizados son los tránsitos por imágenes —observando la luz emitida por la estrella central, que se atenúa cuando un exoplaneta pasa delante de ella al observarla desde la Tierra— y las velocidades radiales— observando el espectro de luz de la estrella en busca de pequeños signos de bamboleos que ocurren a medida que los exoplanetas se mueven en sus órbitas. El equipo utilizó ambos métodos para observar el sistema: CHEOPS, NGTS y SPECULOOS para tránsitos y ESPRESSO para velocidades radiales.
Mediante la combinación de las dos técnicas, el equipo fue capaz de recopilar información clave sobre el sistema y sus planetas, que orbitan su estrella central mucho más cerca y mucho más rápido de lo que la Tierra orbita el Sol. El más rápido (el planeta más interior) completa una órbita en sólo un par de días, mientras que el más lento tarda unas diez veces más. Los seis planetas tienen tamaños que van desde aproximadamente uno hasta aproximadamente tres veces el tamaño de la Tierra, mientras que sus masas son de 1,5 a 8 veces la masa de la Tierra. Algunos de los planetas son rocosos, pero más grandes que la Tierra— estos planetas se conocen como Supertierras. Otros son planetas gaseosos, como los planetas exteriores de nuestro Sistema Solar, pero son mucho más pequeños (los apodados minineptunos).
Aunque ninguno de los seis exoplanetas encontrados se encuentra en la zona habitable de la estrella, los investigadores sugieren que, al continuar con la cadena de resonancia, podrían encontrar más planetas en esa zona o muy cerca.
El Telescopio Extremadamente Grande (ELT) de ESO, que comenzará a funcionar esta década, podrá obtener imágenes directas de exoplanetas rocosos en la zona habitable de una estrella e incluso caracterizar sus atmósferas, proporcionándonos una oportunidad para conocer con mayor detalle sistemas como TOI-178.
Corrección, 4 de febrero de 2021: una versión anterior de este comunicado de prensa decía, incorrectamente, que las masas de los planetas en el sistema oscilaban entre 1,5 y 30 veces la masa de la Tierra. Los planetas tienen masas entre 1,5 y 8 veces la masa de la Tierra ".
Esta animación muestra una representación de las órbitas y movimientos de los planetas del sistema TOI-178. Nuevas investigaciones de Adrien Leleu y sus colegas, llevadas a cabo con varios telescopios, incluyendo el Very Large Telescope de ESO, ha revelado que el sistema cuenta con seis exoplanetas y que todos, menos el más cercano a la estrella, son prisioneros de un ritmo peculiar a medida que se mueven en sus respectivas órbitas (representados en color naranja). En otras palabras, están en resonancia.
Esto significa que hay patrones que se repiten a medida que los planetas se mueven alrededor de la estrella, haciendo que algunos planetas se alineen cada pocas órbitas.
En esta recreación artística, el movimiento rítmico de los planetas alrededor de la estrella central se representa a través de una armonía musical, creada mediante la atribución de una nota (en la escala pentatónica) a cada uno de los planetas de la cadena de resonancia. Esta nota se reproduce cuando un planeta completa una órbita o media órbita; cuando los planetas se alinean en estos puntos de sus órbitas, suenan en resonancia.
ESO
Ilustración de un planeta rico en carbono con diamantes y sílice como minerales principales. El agua puede convertir un planeta de carburo en un planeta rico en diamantes. En el interior, los principales minerales serían el diamante y el sílice (una capa con cristales en la ilustración). El núcleo (azul oscuro) podría ser una aleación de hierro y carbono. (Foto: Shim/ASU/Vecteezy)
A medida que misiones como el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, la TESS y la Kepler continúan proporcionando conocimientos sobre las propiedades de los exoplanetas (planetas alrededor de otras estrellas), los científicos son cada vez más capaces de reconstruir el aspecto de estos planetas, de qué están hechos, y si podrían ser habitables o incluso estar habitados.
En un nuevo estudio publicado recientemente en la revista The Planetary Science Journal, un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Arizona (ASU) y la Universidad de Chicago ha determinado que algunos exoplanetas ricos en carbono, dadas las circunstancias adecuadas, podrían estar hechos de diamantes y sílice.
"Estos exoplanetas no se parecen a nada en nuestro sistema solar", dice el autor principal Harrison Allen-Sutter de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de la ASU.
Cuando las estrellas y los planetas se forman, lo hacen a partir de la misma nube de gas, por lo que sus composiciones son similares. Una estrella con una proporción menor de carbono y oxígeno tendrá planetas como la Tierra, compuestos de silicatos y óxidos con un contenido muy pequeño de diamantes (el contenido de diamantes de la Tierra es de aproximadamente un 0,001%).
Pero los exoplanetas alrededor de estrellas con una mayor proporción de carbono y oxígeno que nuestro Sol tienen más probabilidades de ser ricos en carbono. Allen-Sutter y los coautores Emily Garhart, Kurt Leinenweber y Dan Shim de la ASU, con Vitali Prakapenka y Eran Greenberg de la Universidad de Chicago, formularon la hipótesis de que estos exoplanetas ricos en carbono podrían convertirlo en diamantes y silicatos, si el agua (que es abundante en el universo) estuviera presente, creando una composición rica en diamantes.
Para probar esta hipótesis, el equipo de investigación necesitaba imitar el interior de los exoplanetas ricos en carburo usando calor y alta presión. Para ello, utilizaron yunques de diamante a alta presión en el laboratorio de Shim.
Primero, sumergieron carburo de silicio en agua y comprimieron la muestra entre los diamantes a una presión muy alta. Luego, para controlar la reacción entre el carburo de silicio y el agua, llevaron a cabo un calentamiento por láser en el Laboratorio Nacional de Argonne en Illinois, tomando mediciones de rayos X mientras el láser calentaba la muestra a altas presiones.
Como predijeron, con el calor y la presión altos, el carburo de silicio reaccionó con agua y se convirtió en diamantes y sílice.
Hasta ahora, no hemos encontrado vida en otros planetas, pero la búsqueda continúa. Los científicos planetarios y los astrobiólogos están utilizando sofisticados instrumentos en el espacio y en la Tierra para encontrar planetas con las propiedades correctas y la ubicación correcta alrededor de sus estrellas donde podría existir vida.
Sin embargo, en el caso de los planetas ricos en carbono que son objeto de este estudio, es probable que no tengan las propiedades necesarias para la vida.
Aunque la Tierra está geológicamente activa (un indicador de habitabilidad), los resultados de este estudio muestran que a los planetas ricos en carbono les cuesta mucho ser geológicamente activos y esta falta de actividad geológica puede hacer que la composición atmosférica sea inhabitable. Las atmósferas son críticas para la vida, ya que nos proporcionan aire para respirar, protección contra el duro entorno del espacio, e incluso presión para permitir el agua líquida.
"Independientemente de la habitabilidad, este es un paso adicional para ayudarnos a entender y caracterizar nuestras observaciones de exoplanetas, cada vez más numerosas y mejores", dice Allen-Sutter. "Cuanto más aprendamos, mejor podremos interpretar nuevos datos de futuras misiones como el Telescopio Espacial James Webb y el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman para entender los mundos más allá de nuestro propio sistema solar".
Fuente: NCYT Amazings
Con datos del satélite TESS de la NASA, el retirado telescopio espacial Spitzer y el Gran Telescopio Canarias (GTC), un equipo internacional de astrónomos, en el que participa el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha detectado lo que podría ser el primer planeta intacto que se encuentra en órbita cerca de una enana blanca, el denso resto de una estrella similar al Sol y solo un 40% más grande que la Tierra. El hallazgo se publica hoy en la revista Nature.
El objeto del tamaño de Júpiter, llamado WD 1856 b, es aproximadamente siete veces más grande que la enana blanca, llamada WD 1856 + 534. El planeta orbita entorno a la enana blanca cada 34 horas, más de 60 veces más rápido que Mercurio alrededor de nuestro Sol.
- “De alguna manera, WD 1856 b se acercó mucho a su enana blanca y logró mantenerse de una sola pieza”, señala Andrew Vanderburg, profesor asistente de Astronomía en la Universidad de Wisconsin-Madison y autor principal del artículo. “El proceso de creación de la enana blanca destruye los planetas cercanos, y cualquier cosa que luego se acerque demasiado suele ser destrozada por la inmensa gravedad de la estrella. Todavía tenemos muchas preguntas sobre cómo WD 1856 b llegó a su ubicación actual sin encontrarse con uno de esos destinos”, añade.
TESS detectó WD 1856 b a unos 80 años luz de distancia en la constelación de Draco. Orbita a una enana blanca fría y tranquila que tiene aproximadamente 18.000 km de diámetro, puede tener hasta diez mil millones de años y es un miembro distante de un sistema de estrellas triples.
Cuando una estrella similar al Sol se queda sin combustible, se hincha hasta cientos o miles de veces su tamaño original, formando una estrella gigante roja más fría. Posteriormente, expulsa sus capas externas de gas, perdiendo hasta el 80% de su masa, y el núcleo caliente restante se convierte en una enana blanca. “Cualquier objeto cercano es engullido e incinerado durante este proceso, que en este sistema habría incluido WD 1856 b en su órbita actual. Por ello, los astrofísicos estiman que el posible planeta debe haberse originado al menos 50 veces más lejos de su ubicación actual”, indica Felipe Murgas, investigador del IAC y coautor del artículo.
- “Sabemos desde hace mucho tiempo que después del nacimiento de las enanas blancas, pequeños objetos distantes, como asteroides y cometas, pueden dispersarse hacia estas estrellas. Por lo general, son separados por la fuerte gravedad de la enana blanca y se convierten en un disco de escombros”, explica Siyi Xu, astrónomo asistente del Observatorio Gemini en Hilo, Hawái. “Por eso estaba tan emocionado cuando Andrew me habló de este sistema. Hemos visto indicios de que los planetas también podrían dispersarse hacia adentro, pero esta parece ser la primera vez que vemos un planeta que hizo todo el viaje intacto”.
El equipo sugiere varios escenarios que podrían haber empujado a WD 1856 b hacia un camino elíptico alrededor de la enana blanca. Esta trayectoria se habría vuelto más circular con el tiempo a medida que la gravedad de la estrella estiraba el objeto, creando enormes mareas que disipaban su energía orbital.
- “El caso más probable involucra a varios otros cuerpos del tamaño de Júpiter cercanos a la órbita original de WD 1856 b,” explica Enric Pallé, investigador del IAC y también coautor del artículo. “Otros posibles escenarios contemplan el tirón gravitacional gradual de las otras dos estrellas del sistema, las enanas rojas G229-20 A y B, durante miles de millones de años y un sobrevuelo de una estrella rebelde que perturba el sistema. Pero estas y otras explicaciones son menos probables porque requieren condiciones muy específicas para lograr los mismos efectos que los posibles planetas gigantes compañeros”.
Los objetos del tamaño de Júpiter ocupan una gran variedad de masas, desde planetas solo unas pocas veces más masivos que la Tierra hasta estrellas de baja masa miles de veces la masa de la Tierra. Otras son enanas marrones, que se encuentran a medio camino entre planeta y estrella. Por lo general, los científicos recurren a las observaciones de la velocidad radial para medir la masa de un objeto, lo que puede indicar su composición y naturaleza. Este método funciona al estudiar cómo un objeto en órbita tira de su estrella y altera el color de su luz. Pero, en este caso, la enana blanca es tan vieja que su luz se ha vuelto demasiado débil y sin rasgos distintivos para que los científicos detecten cambios notables.
Para solventar esta dificultad, el equipo observó el sistema en infrarrojo utilizando Spitzer, solo unos meses antes de que el telescopio fuera desmantelado. Una enana marrón o una estrella de baja masa emitiría su propio brillo infrarrojo. Esto significa que Spitzer registraría un tránsito más brillante que si el objeto fuera un planeta que bloqueara toda la luz. Cuando los investigadores compararon los datos de Spitzer con las observaciones de tránsito de luz visible tomadas con el Gran Telescopio Canarias, instalado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma), no vieron diferencias perceptibles. Eso, combinado con la edad de la estrella y otra información sobre el sistema, los llevó a concluir que WD 1856 b es muy probablemente un planeta con no más de 14 veces la masa de Júpiter. Las investigaciones y observaciones futuras pueden confirmar esta conclusión.
- “Debido a que la enana blanca emite poca luz y el tránsito tiene una duración cercana a los 8 minutos, obtener datos de un tránsito que permitiera medir con gran precisión la profundidad de éste era un desafío para muchos instrumentos actuales. Afortunadamente GTC y su equipo pudieron realizar dicha medida siendo crucial en este descubrimiento”, señala Hannu Parviainen, investigador del IAC y coautor del artículo. Pero no solo se utilizaron grandes telescopios en este trabajo, también el instrumento del proyecto Japonés-Español MuSCAT2 montado en el Telescopio Carlos Sánchez (1.52 m) del Observatorio del Teide, ayudó a establecer límites en la profundidad del tránsito en diferentes longitudes de onda.
Encontrar un mundo posible que orbita cerca de una enana blanca ha llevado a los investigadores a considerar las implicaciones para estudiar las atmósferas de pequeños mundos rocosos en situaciones similares. Esto es porque el minúsculo tamaño de la enana blanca facilita la caracterización de la atmósfera del planeta. Por ejemplo, supongamos que un planeta del tamaño de la Tierra se encuentra en el rango de distancias orbitales alrededor de WD 1856 donde podría existir agua en su superficie. Los astrofísicos calculan que el próximo Telescopio Espacial James Webb de la NASA podría detectar agua y dióxido de carbono en estos hipotéticos mundos observando solo cinco tránsitos.
Actualmente no hay evidencia que sugiera que hay otros mundos en el sistema, pero es posible que existan planetas adicionales y que aún no se hayan detectado. Pueden tener órbitas que excedan el tiempo que TESS observa un sector o estar inclinadas de tal manera que no se produzcan tránsitos. La enana blanca también es tan pequeña que la posibilidad de atrapar tránsitos de planetas más lejanos en el sistema es muy baja.
Artículo: Andrew Vanderburg, et al. “A giant planet candidate transiting a white dwarf”, Nature, 2020. DOI: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2713-y
Material complementario:
- Artículo de la NASA (en inglés): https://www.nasa.gov/press-release/nasa-missions-spy-first-possible-sur…
- Vídeo de Youtube de la NASA (en inglés): https://youtu.be/fDhG0ppvQ2g
IAC
Cincuenta años después, las muestras tomadas por las misiones Apolo y Luna han transformado nuestra visión sobre cómo se forman los planetas, incluido el nuestro. Hoy Science publica un número especial sobre el cincuenta aniversario del alunizaje y dedica una revisión a revindicar la importancia de estas muestras, cuyo trabajo todavía no ha terminado.
“Las muestras lunares aportaron evidencias de que la formación de planetas es muy violenta”, dice Richard Carlson
“Las muestras lunares aportaron evidencias convincentes de que la formación de planetas es muy violenta”, resume a Sinc Richard Carlson, investigador del Carnegie Institution for Science y autor de la revisión. “Esto cambió por completo nuestra visión de estos procesos, que antes del Apolo se consideraban relativamente fríos y provocados por la lenta acumulación de pequeños objetos”.
El interés de las rocas lunares para entender nuestro propio planeta reside en su edad. “La mayoría de la superficie terrestre es bastante joven en términos geológicos, de apenas 200 millones de años”, comenta Carlson. El Sistema Solar comenzó su nacimiento hace 4 567 millones de años, pero es muy raro encontrar rocas en la superficie de la Tierra con una antigüedad superior a los 3.600 millones de años.
Esto es debido a que vivimos en un planeta ‘vivo’, activo geológicamente. El precio a pagar es que cualquier registro de los procesos implicados en su formación hace tiempo que fue eliminado por esta actividad continua. Por suerte, siempre podemos mirar hacia la Luna. “La mayoría de la superficie lunar tiene más de 4.000 millones de años, y algunas partes se acercan a los 4.400”, asegura el investigador.
Por ello, el valor de las muestras que trajeron de vuelta las misiones Apolo y las soviéticas es incalculable. Según Carlson, “la Luna ‘recuerda’ los procesos implicados en la formación planetaria que la Tierra ha olvidado”.
Uno de los procesos que la Luna recuerda es, por supuesto, el de su propia formación. “[Nuestro satélite] se originó cuando un gran objeto, del tamaño de Marte, golpeó la proto-Tierra. Un impacto de tal magnitud provocó muchos cambios en la composición de la Tierra”, detalla el experto. Por ejemplo, la pérdida de componentes volátiles como el agua. Nuestro joven planeta ya no sería igual a como era antes del choque.
Estudiar la Luna: lo estás haciendo mal
Las muestras lunares no solo nos han enseñado mucho sobre nuestro hogar: también han revelado información valiosa sobre el suyo. “Los modelos sobre la naturaleza de la Luna anteriores al alunizaje eran incorrectos”, asegura Carlson. Hasta entonces se creía que el satélite se formó en frío, y que las cuencas oscuras representaban viejos océanos cuya agua se había evaporado hacía mucho.
Gracias a las primeras muestras tomadas por el Apolo 11 se descubrió que la Luna se había formado en caliente, “probablemente fundida”. Su gruesa corteza se separó por la flotación de cristales formados en un océano de magma en enfriamiento, en un proceso que el autor compara con el de los icebergs en el océano.
Las cuencas tampoco eran las cicatrices de océanos muertos, sino cráteres que fueron resultado de los impactos de enormes meteoritos. El investigador explica que “son oscuras porque están rellenadas con la lava que erupcionó mucho después de que se formaran”. Precisamente estos impactos también revelan mucha información: “La superficie lunar es tan vieja que ha registrado la mayor parte de la historia del bombardeo de meteoritos del Sistema Solar interior”.
Este registro nos cuenta que los impactos de meteoritos eran muy comunes en el joven Sistema Solar, tanto que habrían actuado como un “agente esterilizante” de cualquier forma de vida temprana que hubiera intentado aparecer. También sirve para estudiar otros planetas: “Los cráteres lunares, cuya edad se ha determinado gracias a las muestras, nos permiten calibrar la antigüedad de las superficies de Marte y Mercurio según la densidad de cráteres”.
Todavía mucho por aprender
Entre 1969 y 1972, las misiones Apolo recogieron 2 200 rocas con un peso de 382 kg, que más tarde fueron procesadas en más de 11 000 muestras. Podríamos pensar que estas ya han revelado todos los datos que podían, pero Carlson defiende en su texto que todavía tienen mucho por enseñarnos sobre la formación y geología de otros mundos.
“Se desarrollan nuevas técnicas todo el tiempo”, asegura. Las limitaciones tecnológicas provocaron que, aunque las muestras se tomaron hace 50 años, no pudieran revelar todos sus secretos inmediatamente. Y pone como ejemplo el descubrimiento de agua lunar.
“Cuando las muestras se tomaron las técnicas analíticas de entonces no pudieron detectar la presencia de agua en ninguna de ellas”, explica. Esto reforzó la idea de que la Luna era un ambiente árido y que toda el agua se evaporó en el gran impacto que le dio origen.
Hoy sabemos que esto es falso. “Hace una década, nuevas técnicas desarrolladas permitieron detectar agua en estas muestras, a concentraciones muy bajas”. La Luna es seca, pero no está completamente libre de agua. “Esto nos ha obligado a reexaminar nuestros modelos sobre la formación de los planetas y cómo estos pueden retener líquido durante su formación”, añade el geólogo. El tiempo dirá si estas muestras ya cincuentonas todavía albergan secretos en su interior.
El futuro de la exploración pasa por China
El especial de Science también analiza el papel del gigante asiático en el futuro de la exploración lunar. Este mismo año, el Programa para la Exploración Lunar de China (CLEP) envió con éxito la sonda Chang’E-4 y el rover Yutu-2 a la cara oculta de nuestro satélite, que también tomó muestras de rocas.
En un artículo firmado por varios investigadores de la Academia China de Ciencias, se destaca que el programa asiático ha sentado las bases para el futuro a través de sus cuatro misiones exitosas. Todo esto, a pesar de su juventud.
“Así como el programa Apolo tuvo un papel positivo en el desarrollo de la sociedad humana, China trabajará con países de todo el mundo en sus proyectos de exploración espacial y lunar para construir un mejor futuro para la humanidad”, escriben los autores. En la próxima década, el CLEP enviará otras tres misiones a la Luna con el objetivo último de construir una base de investigación.
El efecto que esa actividad nuclear tiene en la galaxia anfitriona es lo que se conoce como retroalimentación del AGN, y una de sus manifestaciones son los vientos: se trata de gas del centro de la galaxia que está siendo empujado hacia fuera por la energía que libera el núcleo activo. Estos vientos pueden alcanzar velocidades de hasta miles de km/s y en el caso de los AGN más enérgeticos, como son por ejemplo los cuásares, pueden llegar a "vaciar" de gas el centro de las galaxias, impidiendo así la formación de nuevas estrellas. Se ha demostrado que la evolución de la formación estelar a nivel cosmológico no se puede explicar sin la existencia de un mecanismo que la regule.
Para el estudio de estos vientos en cuásares se ha utilizado el instrumento EMIR instalado en el Gran Telescopio de Canarias (GTC). EMIR es un instrumento desarrollado íntegramente en el Instituto de Astrofísica de Canarias, que estudia los objetos más fríos y distantes del Universo analizando la luz infrarroja. Desde junio de 2016 se encuentra acoplado al telescopio GTC, después de haber pasado por una exhaustiva fase de pruebas en los talleres del Área de Instrumentación de la sede central del IAC en La Laguna.
Los datos que ha recogido desde entonces han servido para producir varios artículos científicos, el último de los cuales es un estudio sobre el cuásar oscurecido J1509+0434, publicado hoy en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters y elaborado por un equipo internacional que lidera la investigadora del IAC, Cristina Ramos Almeida. Este cuásar se encuentra en el Universo Local, y es un análogo de los cuásares más distantes (mucho más numerosos) en los cuales la retroalimentación del AGN debía estar afectando de forma drástica a la formación de nuevas estrellas.
"EMIR nos ha permitido estudiar los vientos de gas ionizado y molecular de este cuásar haciendo uso del rango infrarrojo. Este análisis es muy importante porque no siempre presentan las mismas propiedades, lo cual nos dice mucho sobre cómo se producen esos vientos y cómo afectan a sus galaxias anfitrionas”, explica Ramos Almeida. El estudio de este y otros cuásares locales nos permitirá entender qué les estaba pasando a las galaxias cuando eran más jóvenes y estaban aún formando las estructuras que vemos hoy en día.
Basándose en los nuevos datos obtenidos con EMIR, el equipo ha descubierto que el viento ionizado es más rápido que el molecular, llegando a alcanzar velocidades de hasta 1.200 km/s. Sin embargo, sería el viento molecular el que estaría vaciando las reservas de gas de la galaxia (hasta 176 masas solares por año). “Nuevas observaciones obtenidas con ALMA nos permitirán confirmar esta estimación”, señala José Acosta Pulido, investigador del IAC y coautor del trabajo.
El siguiente paso es observar una muestra completa de cuásares oscurecidos cercanos con EMIR para caracterizar sus vientos ionizados y moleculares. También queremos investigar las poblaciones de las galaxias anfitrionas, con el objetivo de ver si los vientos más extremos son los que han afectado más significativamente a las estrellas de sus galaxias anfitrionas. Esto nos permitiría confirmar de manera directa el efecto de la retroalimentación del AGN sobre la evolución de las galaxias.
- Artículo: C. Ramos Almeida, J. A. Acosta-Pulido, C. N. Tadhunter, C. González-Fernández, C. Cicone, M. Fernández-Torreiro. A near-infrared study of the multi-phase outflow in the type-2 quasar J1509+0434. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, slz072, https://doi.org/10.1093/mnrasl/slz072
IAC
A tan solo 12,5 años luz de distancia, se encuentra la “estrella de Teegarden”. Se trata de una de las estrellas más pequeñas que existen, del tipo enana roja, que forma parte de la constelación de Aries. Su temperatura es de 2.700°C y su masa es una décima parte la del Sol. A pesar de su proximidad, no fue descubierta hasta 2003, por su débil luminosidad.
“Hemos estado observando esta estrella durante tres años para ver posibles variaciones periódicas en su velocidad”, explica Mathias Zechmeister, investigador de la Universidad de Göttingen y primer autor del estudio. Los datos han revelado la existencia de dos planetas, ambos similares a los planetas interiores del Sistema Solar. Apenas son un poco mayores que la Tierra y están situados en la llamada “zona habitable”, donde podría existir agua líquida. “Es posible que estos dos planetas formen parte de un sistema más grande”, señala Stefan Dreizler, también investigador de la Universidad de Göttingen y coautor de este trabajo.
El IAC ha participado muy activamente en las campañas fotométricas de la estrella. Estas se han llevado a cabo con instrumentos como Muscat2, instalado en el Telescopio Carlos Sánchez, del Observatorio del Teide (Tenerife), y con infraestructuras de la red de telescopios de Las Cumbres Observatory, entre otras. “Estos estudios nos han permitido descartar que la señal de los planetas fuera debida a la actividad de la estrella y, en el caso de estos dos nuevos planetas, no pudimos detectar sus tránsitos”, comenta Víctor Sánchez Béjar, investigador del IAC y otro de los autores del artículo que publica la revista Astronomy & Astrophysics.
Para poder utilizar el método del tránsito, los planetas deben pasar por delante del disco estelar y atenuar la luz procedente de la estrella durante un instante. Esta alineación fortuita solo ocurre para una fracción muy reducida de sistemas planetarios.
Curiosamente, el sistema de la estrella de Teegarden está situado en un lugar especial en el cielo: desde esta estrella, se podrían ver los planetas de nuestro sistema solar pasando por delante del Sol y, dentro de unos pocos años, la Tierra sería visible como un planeta en tránsito para cualquiera que pudiera estar mirando.
Cazadores de planetas
El tipo de estrellas a las que pertenece la estrella de Teegarden son las más pequeñas para la cuales se puede medir la masa de sus planetas con la tecnología actual. “Este descubrimiento es un gran éxito para el proyecto CARMENES, que fue diseñado específicamente para buscar planetas alrededor de las estrellas menos masivas”, dice Ignasi Ribas, investigador del Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) y coautor del artículo.
Desde 2016, científicos alemanes y españoles buscan planetas alrededor de estrellas cercanas en el marco del instrumento CARMENES, instalado en el telescopio de 3,5 m del Observatorio de Calar Alto (Almería). Estos dos nuevos hallazgos son el décimo y el undécimo entre los descubrimientos del proyecto.
El IAC es una de las once instituciones del consorcio CARMENES, entre las que se encuentran el Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg (Alemania), el Instituto de Astrofísica de Andalucía, Granada (España), el Landessternwarte Königstuhl, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (Alemania), l’Institut de Ciències de l'Espai, Barcelona (España), el Insitut für Astrophysik, Georg-August-Universität Göttingen (Alemania), la Universidad Complutense de Madrid, Departamento de Astrofísica (España), el Thüringer Landessternwarte Tautenburg (Alemania), el Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg (Alemania), el Centro de Astrobiología, Madrid (España) y el Centro Astronómico Hispano-Alemán, Calar Alto (Alemania y España). Dentro del desarrollo de la parte instrumental del proyecto, el IAC contribuyó con el diseño y construcción de los soportes mecánicos del elemento de dispersión cruzada (grisma), el Exposure Meter y el Fiber Exit Unit.
- Artículo: M. Zechmeister et al. The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. Two temperate Earth-mass planet candidates around Teegarden’s Star. Astronomy & Astrophysics. June 2019. https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/201935460
IAC
El VLT observa un asteroide doble que sobrevuela la Tierra a 70.000 km/h
El Centro Internacional de Alerta de Asteroides (IAWN, de International Asteroid Warning Network) coordinó desde varias organizaciones una campaña de observación del asteroide 1999 KW4 a su paso por la Tierra, que alcanzó una distancia mínima de 5,2 millones de km [1] el 25 de mayo de 2019. 1999 KW4 tiene aproximadamente 1,3 km de ancho y no representa ningún riesgo para la Tierra. Dado que su órbita es conocida, los científicos pudieron predecir este sobrevuelo y preparar la campaña de observación.
ESO se unió a la campaña con su buque insignia, el VLT (Very Large Telescope). El VLT está equipado con SPHERE, uno de los pocos instrumentos del mundo capaz de obtener imágenes lo suficiente precisas como para distinguir los dos componentes del asteroide, que están separados por unos 2,6 km.
SPHERE fue diseñado para observar exoplanetas; su sistema de óptica adaptativa de vanguardia (AO) corrige la turbulencia de la atmósfera, devolviendo imágenes tan nítidas como si el telescopio estuviera en el espacio. También está equipado con coronógrafos para atenuar el brillo de estrellas brillantes, desvelando la presencia de los débiles exoplanetas que las orbitan.
Tomándose un descanso de su trabajo habitual, que implica pasarse la noche cazando exoplanetas, los datos de SPHERE ayudaron a los astrónomos a caracterizan el asteroide doble. En particular, ahora es posible medir si el satélite más pequeño tiene la misma composición que el objeto más grande.
“Estos datos, junto con todos aquellos que se obtienen en otros telescopios a través de la campaña de la IAWN, serán esenciales para la evaluación de estrategias de desviación efectiva en caso de que se descubriera que un asteroide tiene curso de colisión con la Tierra”, explica Olivier Hainaut, astrónomo de ESO. “En el peor de los casos, este conocimiento también es esencial para predecir cómo un asteroide podría interactuar con la atmósfera y la superficie de la Tierra, permitiéndonos mitigar los daños en caso de colisión”.
“El asteroide doble pasó cerca de la Tierra a más de 70.000 km/h, lo que hizo que observarlo con el VLT fuera todo un desafío”, afirmó Diego Parraguez, que manejaba el telescopio. Tuvo que usar toda su experiencia para fijar el rápido asteroide y captarlo con SPHERE.
Bin Yang, astrónomo del VLT, declaró: “Cuando vimos el satélite en las imágenes corregidas por AO, estábamos muy emocionados. En ese momento, sentimos que todo el sufrimiento, todos los esfuerzos, habían merecido la pena”. Mathias Jones, otro astrónomo del VLT implicado en estas observaciones, profundizó en las dificultades: “Durante las observaciones, las condiciones atmosféricas fueron un poco inestables. Además, el asteroide era relativamente débil y se movía muy rápido en el cielo, por lo que estas observaciones eran un reto particular que hizo que nuestro sistema de AO dejara de funcionar en varias ocasiones. ¡Fue un placer ver que nuestro duro trabajo salió adelante a pesar de las dificultades!”.
Aunque 1999 KW4 no es una amenaza de impacto, se parece bastante a otro sistema de asteroides binario llamado Didymos que podría constituir una amenaza a la Tierra en algún momento de un futuro lejano.
Didymos y su compañero, llamado “Didymoon”, son el objetivo de un futuro experimento pionero de defensa planetaria. La nave espacial DART de la NASA impactará sobre Didymoon en un intento de cambiar su órbita alrededor de su gemelo de mayor tamaño, con el fin de poner a prueba la viabilidad de desviar asteroides. Después del impacto, la misión Hera de la ESA monitorizará los asteroides Didymos en 2026 para reunir información clave, incluidos la masa de Didymoon, las propiedades de su superficie y la forma del cráter dejado por DART.
El éxito de estas misiones depende de la colaboración entre organizaciones, y el seguimiento de objetos cercanos a la tierra es un importante punto en la colaboración entre ESO y ESA. Este esfuerzo cooperativo ha sido constante desde el éxito del primer seguimiento de un NEO potencialmente peligroso a principios de 2014.
“Estamos encantados de desempeñar un papel en la protección de la Tierra frente a los asteroides”, afirmó Xavier Barcons, Director General de ESO. “Además de utilizar las sofisticadas capacidades del VLT, estamos trabajando con la ESA para crear prototipos destinados a una gran red que lleve la detección, seguimiento y caracterización de asteroides al siguiente nivel”.
Este encuentro reciente con 1999 KW4 ha tenido lugar justo un mes antes del día del asteroide, un día oficial declarado por las Naciones Unidas con el fin de educar y sensibilizar sobre los asteroides y que se celebra el 30 de junio. Se llevarán a cabo eventos en los cinco continentes, y ESO estará entre las principales organizaciones astronómicas participantes. Ese día, el Planetario y Centro de Visitantes ESO Supernova acogerá una serie de actividades sobre el tema de los asteroides a las que el público está invitado a participar.
Notas
[1] Esta distancia es unas 14 veces la distancia a la Luna, lo suficientemente cerca como para poder estudiarlo, ¡pero no lo suficiente como para ser mortal! Muchos asteroides pequeños pasan cerca de la Tierra a mucha menos distancia que 1999 KW4, incluso a veces más cerca que la Luna. El encuentro más reciente de la Tierra con un asteroide tuvo lugar el 15 de febrero de 2013, cuando un asteroide previamente desconocido, de 18 metros de diámetro, explotó al entrar en la atmósfera de la Tierra sobre la ciudad rusa de Chelyabinsk. Los daños producidos por la onda de choque posterior causaron heridas a unas 1.500 personas.
ESO
Personal investigador de 14 instituciones científicas europeas, entre las que se encuentra el IAC, ha detectado la existencia de una interacción binaria que había pasado inadvertida para la comunidad científica. Esta nueva investigación aporta una explicación alternativa a las altas tasas de pérdida de masa que se suponía regían el final de la vida de las estrellas gigantes más masivas.
El trabajo que publica hoy la revista Nature Astronomy revela que estas estrellas pierden masa a un ritmo mucho menor del que se pensaba. El viento estelar no es más intenso de lo normal, pero se ve afectado por una pareja que, hasta ahora, se había pasado por alto: una segunda estrella que rodea a la gigante roja. Que este proceso sea más lento de lo esperado impacta enormemente en la forma de entender cómo mueren las estrellas. Como consecuencia de este descubrimiento, se desprende que las estrellas gigantes más masivas necesitan más tiempo para depositar sus entrañas químicamente ricas en su entorno, afectando al enriquecimiento del medio interestelar y, por tanto, a la evolución química de la galaxia.
El único observatorio que podía facilitar información detallada del desconcertante superviento en la última fase de la vida de las estrellas gigantes más masivas es ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), instalado en el desierto de Atacama (Chile). “Los datos recogidos mostraban una estructura espiral que confirma que estas estrellas no son individuales, sino que tienen una compañera binaria”, explica Aníbal García Hernández, investigador del IAC y de la ULL y coautor del artículo. Y añade: “La interacción con esa compañera da como resultado una morfología de viento bastante compleja, en forma de espiral incompleta. Los datos anteriores carecían de la resolución espacial y la sensibilidad que proporciona ALMA y no permitían a los astrónomos encontrar las características asociadas con la presencia de una estrella binaria”.
La interpretación de ALMA, dentro de este nuevo contexto, ha mostrado de manera convincente que la última fase evolutiva de estas estrellas viejas no está caracterizada por un corto “superviento extremo”, sino más bien por una fase de “viento normal” mucho más larga. En otras palabras, “las viejas estrellas tardan más en morir”, o también, “las viejas estrellas viven más”.
Ahora, la comunidad científica investiga si la existencia de un sistema binario podría explicar el comportamiento de otras gigantes rojas especiales. "Creíamos que muchas estrellas vivían solas, pero probablemente tendremos que ajustar esta idea”, aclara Leen Decin, autora principal del artículo y profesora de la Universidad Católica de Leuven. Y concluye: “Es probable que una estrella con una pareja sea más común de lo que pensábamos".
Artículo: L. Decin, W. Homan, T. Danilovich, A. de Koter, D. Engels, L. B. F. M. Waters, S. Muller, C. Gielen, D. A. García-Hernández, R. J. Stancliffe, M. Van de Sande, G. Molenberghs, F. Kerschbaum, A. A. Zijlstra and I. El Mellah. 'Reduction of the maximum mass-loss rate of OH/IR stars due to unnoticed binary interaction', Nature Astronomy. DOI: 10.1038/s41550-019-0703-5
IAC
El primer efecto se ha observado varias veces en sistemas extrasolares. Sin embargo, no se han podido aportar pruebas de la existencia de impactos gigantescos, como el aparentemente acontecido en el sistema Kepler 107, hasta ahora.
La estrella central Kepler 107 es un poco más grande que el Sol y tiene cuatro planetas que giran a su alrededor, pero fueron los dos más cercanos a ella los que interesaron a los astrofísicos. Utilizando datos del satélite Kepler, de la NASA, y del Telescopio Nazionale Galileo (TNG), instalado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma), el equipo determinó las características de la estrella y midió el radio y la masa de estos planetas. Aunque los dos más próximos tienen un radio similar, sus masas son muy diferentes. De hecho, el segundo de ellos es tres veces más denso que el primero.
La extraordinaria densidad del llamado planeta Kepler 107c es más del doble que la de la Tierra. Esta densidad, excepcional para un planeta, ha intrigado a los investigadores y sugiere que su núcleo metálico, su parte más densa, representa una proporción anormalmente grande del planeta.
Sin embargo, todo podría ser normal si no fuese porque la teoría de la foto-evaporación predice que el planeta más denso en un sistema debe ser también el más cercano a su estrella. Para explicar cómo es posible que, en este caso, el más cercano sea la mitad de denso que el segundo, se ha planteado la hipótesis de que el planeta Kepler 107c se haya formado como resultado de un impacto gigantesco. Este impacto que habría arrancado sus capas externas aumentando así su denso núcleo central. Después de las pruebas realizadas con simulaciones, esta hipótesis parece ser la más probable.
Este trabajo permitirá mejorar la formación y evolución de los sistemas planetarios. En particular, destaca la importancia de la sinergia entre la física estelar y la investigación de los exoplanetas. "Necesitamos conocer la estrella para conocer mejor el planeta que la orbita”, afirma Savita Mathur, investigadora del IAC en Tenerife y una de las autoras del artículo. Y añade: “En este trabajo, realizamos un análisis sísmico para caracterizar los parámetros de la estrella que alberga el planeta. La astrosismología está jugando un papel clave en el campo de los exoplanetas, ya que ha demostrado ser uno de los mejores métodos para caracterizar con precisión las estrellas”. Por ello, se ha convertido en uno de los principales métodos para caracterizar estrellas durante la última década y lo seguirá siendo en los años venideros, gracias a las misiones espaciales para el descubrimiento de exoplanetas: TESS (NASA) y PLATO (ESA).
Artículo: Aldo S. Bonomo et al. “A giant impact as the likely origin of different twins in the Kepler-107 exoplanet system”, Nature Astronomy. DOI: 10.1038/s41550-018-0684-9.
La Colaboración Científica LIGO y VIRGO, su homólogo europeo, han anunciado cuatro nuevas detecciones de ondas gravitacionales fruto de la fusión de agujeros negros de masa estelar. Estos resultados, procedentes de los detectores de ondas gravitacionales LIGO, operados por la Fundación Nacional para la Ciencia de los Estados Unidos (NSF) y Virgo, se dieron a conocer el sábado 1 de diciembre, en el marco del Congreso de Física de Ondas Gravitacionales y Astronomía, que ha tenido lugar en la ciudad de College Park (Maryland, EE UU).
Hasta el momento, LIGO y Virgo han permitido detectar en total diez fusiones de agujeros negros de masa estelar y una fusión de estrellas de neutrones, que son los restos densos y esféricos del colapso de estrellas. De estas diez fusiones de agujeros negros, hay cuatro que corresponden a la nueva tanda de detecciones, mientras que las seis restantes ya se habían presentado otras veces.
Las cuatro nuevas ondas han sido etiquetadas como GW170729, GW170809, GW170818, y GW170823 en referencia a la fecha de sus detecciones, que se produjeron en el segundo periodo de observación, entre el 30 de noviembre de 2016 y el 25 de agosto de 2017.
Todas están recogidas en el catálogo que fue publicado el pasado sábado, que incluye toda la información relativa en estos acontecimientos.
La contribución balear
El Grupo de Relatividad y Gravitación (GRG) de la Universitat de les Illes Balears (UIB), bajo la dirección de Alicia M. Sintes, ha hecho importantes contribuciones a la observación y análisis de las señales detectadas.
Una de las aportaciones clave de este grupo ha sido la provisión de modelos de señales procedentes de la fusión de sistemas binarios de agujeros negros. Estos modelos se utilizan para contrastar las predicciones de la teoría con los datos observados y son capaces de dar información sobre la masa de los agujeros negros involucrados, así como de la rotación o de las velocidades.
“Pasamos la mayor parte del tiempo ante un ordenador, calculando. Es muy satisfactorio observar que toda esta ardua tarea permite revelar y entender nuevas visiones del universo. Los estudiantes y posdoctorados colaboran en una revolución científica. Me alegra saber que forman parte de esta experiencia tan extraordinaria”, comenta Sascha Husa, que ha dirigido los esfuerzos del grupo en el modelado de agujeros negros.
Uno de los investigadores posdoctorales del grupo de la UIB, Geraint Pratten, ha trabajado en el análisis de una de las nuevas detecciones, la GW170809: “La colaboración vive un periodo emocionante ante un número tan elevado de detecciones. La GW170809 es uno de los acontecimientos observados durante el segundo periodo de observación (O2) en los cuales están involucrados agujeros negros de elevada masa estelar. Es similar a la primera detección, la GW150914, y ayudará a conocer más bien la población de sistemas binarios de agujeros negros que observamos actualmente”.
El tercer periodo de observación (O3) empezará a principio de 2019, con una mejora de la sensibilidad de los detectores. Prevén detectar decenas de sistemas binarios a lo largo del año, y necesitarán modelos más precisos con el fin de extraer la máxima información posible de estos acontecimientos.
Alícia Sintes está emocionada por la creciente participación española en el campo de las ondas gravitacionales: “La comunidad española de ondas gravitacionales aumenta muy rápidamente. Hemos pasado de ser los únicos en el campo, hace tres años, a disponer de dos grupos en LIGO y tres en Virgo. Estamos orgullosos de haber allanado el camino”.
Además, también plantea los próximos retos: “Impulsamos la astronomía de ondas gravitacionales un poco más allá. Queremos observar ondas gravitacionales con la misión LISA de aquí a aproximadamente quince años. Trabajamos mucho para conseguir que nuestros estudiantes constituyan la vanguardia del campo en el futuro”.
Detecciones de récord
Algunas de estas nuevas detecciones han batido récords. Por ejemplo, el acontecimiento GW170729, detectado el día 29 de julio de 2017 durante el segundo periodo de observación. Este acontecimiento fue generado por la fuente de ondas gravitacionales más lejana y masiva hasta ahora nunca observada. Tuvo lugar hace aproximadamente cinco mil millones de años, y liberó una energía equivalente a cinco masas solares en forma de ondas gravitacionales.
El detector Advanced Virgo se unió al segundo periodo de observación el día 1 de agosto de 2017, y dio lugar a la primera detección simultánea de tres observatorios y a la primera relevante de Virgo: la colisión de agujeros negros GW170814. Este acontecimiento fue el primero a ser observado por tres detectores trabajando de manera simultánea, hecho que permitió analizar, por primera vez, la polarización de las ondas gravitacionales (análoga a la polarización de la luz).
El acontecimiento GW170817, detectado tres días después del GW170814, fue la primera observación de un acontecimiento procedente de la fusión de un sistema binario de estrellas de neutrones. Además, fue observado mediante luz, fijando un hito histórico a la astronomía de multimensajeros, en la cual los objetos cósmicos son observados simultáneamente mediante diferentes formas de radiación.
Finalmente, fue posible dar con mucha precisión la posición celeste de uno de los nuevos acontecimientos, el GW170818, detectado conjuntamente por la red de detectores formada por los observatorios LIGO y Virgo. La posición en la vuelta celeste de esta fusión de agujeros negros, situada a 2,5 miles de millones de años luz de la Tierra, fue identificada con una precisión de 39 grados cuadrados, convirtiéndola en la segunda mejor fuente de ondas gravitacionales en cuanto a su localización, solo por detrás de la fusión de estrellas de neutrones GW170817. Así, el acontecimiento GW170818 remarca el potencial científico que tiene la red de detectores de ondas gravitacionales que conforman LIGO y Virgo.
“El próximo periodo de observación, que empezará la primavera de 2019, conseguirá detectar más acontecimientos de ondas gravitacionales, y la ciencia que la comunidad puede conseguir crecer en consecuencia”, afirma David Shoemaker, portavoz de la Colaboración Científica de LIGO (LSC, en inglés) e investigador sénior al Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial (MIT). "Vivimos un tiempo emocionante”.
Para detectar la atmósfera del exoplaneta gigante WASP-69b se utilizó el instrumento CARMENES, instalado en el telescopio de 3,5 metros del Observatorio de Calar Alto (Almería). Este espectrógrafo cubre simultáneamente el rango de longitud de onda visible y el infrarrojo cercano con alta resolución espectral. Esto ha permitido revelar la composición de la atmósfera del exoplaneta y sacar conclusiones acerca de la velocidad de las partículas de helio que abandonan su campo gravitatorio y la longitud de la cola que producen.
El planeta fue observado durante un tránsito, momento en el que pasó frente a su estrella anfitriona. En este momento, parte de la luz estelar queda eclipsada por el planeta y su atmósfera. “Observamos entonces una mayor duración del tránsito y una mayor cantidad de luz estelar bloqueada en una región del espectro donde el gas helio está absorbiendo luz”, señaló Lisa Nortmann, investigadora del IAC y autora principal del artículo que publica hoy la revista Science. Y añadió: “La mayor duración de esa absorción nos permite inferir la presencia de una cola”.
Pero este no es el único resultado descrito en el artículo. Los autores también han analizado otros 4 planetas de forma parecida. Son los exoplanetas calientes HD 189733b y HD 209458b, que tienen una masa similar a la de Júpiter, el planeta gigante extremadamente caliente KELT-9b y el exoplaneta cálido GJ 436b, del tamaño de Neptuno. El análisis no muestra exosferas extensas de helio entorno a los últimos tres planetas, lo que desafía las predicciones teóricas previas. El Júpiter caliente HD 189733b, en cambio, sí revela una fuerte absorción de helio, aunque este no forma una cola sino una envoltura entorno al planeta.
El equipo investigó también las estrellas anfitrionas de los 5 exoplanetas haciendo uso de los datos de la Misión Multi Espejo de Rayos X de la Agencia Espacial Europea (ESA XMM Newton). Las evidencias señalan que las detecciones de helio en atmósferas planetarias corresponden a los planetas que reciben mayores cantidades de rayos X y radiación ultravioleta extrema de sus estrella anfitrionas. “Este es un primer gran paso hacia el conocimiento de cómo evolucionan las atmósferas de los exoplanetas a lo largo del tiempo y sobre cual podría ser el origen de la distribución de masas y radios de la población observada de Supertierras y sub-Neptunos”, señala Enric Pallé, investigador del IAC y coautor de la publicación
Los resultados de estos estudios podrían significar que la radiación extrema de la estrella anfitriona puede despojar la envoltura gaseosa de los planetas gigantes (similares a Júpiter o Neptuno) y convertirlos en planetas rocosos con densidades similares a Venus o la Tierra.
“En el pasado, los estudios del escape atmosférico, como el que hemos visto en WASP-69b, se basaban en observaciones espaciales del hidrógeno en el ultravioleta lejano, una región espectral de acceso muy limitado y muy afectada por la absorción interestelar”, señala Michael Salz, investigador de la Universidad de Hamburgo y primer autor de una publicación complementaria del mismo equipo, que se centra en los detalles de la detección en HD 189733b y que se publica en la revista Astronomy & Astrophysics. “Pero nuestros resultados –continúa- demuestran que el helio es un nuevo trazador muy prometedor para estudiar el escape atmosférico en exoplanetas”.
Esta nueva línea de investigación permitirá que, en los próximos años, la comunidad dedicada a la caracterización de atmósferas de exoplanetas pueda comparar los procesos de evaporación en una amplia muestra de planetas y responder a preguntas tales como si los planetas con un periodo orbital ultracorto son, en realidad, los núcleos evaporados de antiguos Júpiter calientes.
El instrumento CARMENES, ha sido desarrollado por un consorcio de once instituciones españolas y alemanas, entre las que se encuentra en IAC. Fue diseñado para buscar planetas de tipo terrestre en la zona de habitabilidad de estrellas M, la región en torno a una estrella donde las condiciones permiten la existencia de agua líquida. Los resultados publicados hoy, demuestran la capacidad del instrumento para contribuir también al campo de investigación de las atmósferas de los exoplanetas.
IAC
En ocasiones, todo es cuestión de perspectiva. Esta imagen tan convincente de una luna doble, que casi parece un muñeco de nieve, muestra en realidad dos de las lunas de Saturno: Dione y Rea. Sin embargo, el ángulo desde el que la sonda internacional Cassini las fotografió hace que parezcan un solo objeto.
Dione (arriba) se encontraba más cerca de la nave cuando se tomó la imagen, a aproximadamente 1,1 millones de kilómetros, en comparación con Rea (abajo), que se hallaba a unos 1,6 millones de kilómetros. Aquella tiene un diámetro de 1.123 kilómetros, frente a los 1.528 de Rea, aunque en esta imagen se diría que tienen un tamaño muy parecido, debido a las diferentes distancias.
Efectivamente, las dos lunas orbitan Saturno a distancias diferentes: mientras que Dione lo hace más o menos con la misma separación que tiene la Luna de la Tierra, con un periodo orbital de tan solo 2,7 días, Rea se encuentra algo más lejos, por lo que tarda 4,5 días en circunvalar el planeta.
Dione presenta un gran cráter, Evander, hacia el centro de la región polar meridional, lo que permite que las dos lunas se fusiones sin problemas en esta vista. Además, ambas tienen una reflectividad similar, lo que contribuye al aspecto de muñeco de nieve y nos indica que su composición superficial es comparable.
Dione está formada por una tercera parte de roca, que comprendería el núcleo, y dos terceras partes de hielo, y se sospecha que posee un océano bajo la superficie.
Llama la atención que la luna está más craterizada en el hemisferio contrario al sentido de su movimiento si lo comparamos con el hemisferio que mira en sentido opuesto, justo al contrario de lo que esperaríamos: que el lado delantero de la luna se viera bombardeado con más material. Este inusual patrón de craterización sugiere que Dione sufrió un impacto que la giró 180 grados.
Rea es la segunda mayor luna de Saturno, después de Titán, y es similar a Dione en densidad, aunque presenta una cuarta parte de roca y tres cuartas partes de hielo, como si fuera una enorme bola de nieve sucia y congelada.
Esta imagen fue capturada el 27 de julio de 2010 por Cassini en luz visible con el teleobjetivo de la cámara. Su resolución es de siete kilómetros por píxel en el caso de Dione y de diez kilómetros por píxel en el de Rea. Saturno se encuentra hacia la derecha y fuera del encuadre. Cassini es un proyecto cooperativo de la NASA, la ESA y la agencia espacial italiana ASI. La misión concluyó en septiembre de 2017.
esa
Dos equipos europeos de física fundamental, trabajando en paralelo, han logrado quintuplicar la precisión de medición del efecto de dilatación provocado por la gravedad, lo que se conoce como ‘corrimiento al rojo gravitacional’.
La prestigiosa revista Physical Review Letters acaba de publicar los resultados independientes obtenidos por ambos consorcios, recabados a partir de más de mil días de datos obtenidos por el par de satélites de Galileo en órbitas alargadas.
“Resulta muy satisfactorio para la ESA ver que nuestras expectativas iniciales de que tales resultados fueran teóricamente posibles ahora se hayan producido en la práctica y nos ofrezcan la primera mejora registrada en las pruebas de corrimiento al rojo gravitacional en más de 40 años”, comenta Javier Ventura-Traveset, director de la Oficina Científica de Navegación de Galileo de la ESA.
“Estos extraordinarios resultados han sido posibles gracias a las características únicas de los satélites Galileo, y especialmente a la alta estabilidad de sus relojes atómicos, a las precisiones alcanzables en la determinación de la órbita y a la presencia de retrorreflectores láser, que permiten llevar a cabo mediciones orbitales independientes y muy precisas desde el suelo, lo que resulta clave para resolver errores orbitales y de reloj”.
Estas actividades investigadoras en paralelo, conocidas como GREAT (Experimento de Corrimiento al Rojo Gravitacional de Galileo con Satélites Excéntricos) han sido realizadas por el Observatorio SYRTE de París (Francia) y el Centro de Tecnología Espacial Aplicada y Microgravedad (ZARM) de la Universidad de Bremen (Alemania) bajo la coordinación de la Oficina Científica de Navegación de Galileo de la ESA y con el apoyo de sus Actividades Básicas.
Un accidente con consecuencias positivas
Estos resultados son la feliz consecuencia de un desafortunado accidente: en 2014, los satélites 5 y 6 de Galileo quedaron atrapados en órbitas incorrectas debido a un fallo en la etapa superior de un cohete Soyuz, impidiendo su uso para la navegación. Los controladores de vuelo de la ESA se lanzaron a una atrevida maniobra de recuperación espacial para elevar los puntos más bajos de sus órbitas y hacerlas más circulares.
Una vez que los satélites lograron tener una vista de todo el disco terrestre, se pudieron fijar sus antenas y activar sus cargas útiles de navegación. En la actualidad, los satélites se emplean como parte del Servicio de Búsqueda y Salvamento (SAR) de Galileo, mientras que su integración como parte de las operaciones nominales de la constelación está siendo evaluada de forma definitiva por la ESA y la Comisión Europea.
Recreación de las predicciones de Einstein
Albert Einstein predijo hace un siglo que el tiempo se ralentiza cerca de un objeto masivo. Esto se ha verificado de forma empírica en varias ocasiones; la más significativa fue en 1976, cuando se lanzó a 10.000 km en el espacio un reloj atómico de máser de hidrógeno en el cohete suborbital Gravity Probe A, confirmando la predicción de Einstein hasta un nivel de precisión de 140 partes por millón.
De hecho, los relojes atómicos a bordo de los satélites de navegación ya deben tener en cuenta que se mueven más rápido (unas décimas de microsegundo por día) en órbita que en tierra, lo que daría lugar a errores de navegación de unos 10 km diarios si no se corrigieran.
Los dos equipos confiaron en la sincronización de los relojes de máser pasivo de hidrógeno (PHM) a bordo de cada satélite (con una precisión de un segundo en tres millones de años) y la estabilidad del segmento de tierra de Galileo en todo el mundo.
“Que los satélites Galileo transporten relojes de máser pasivo de hidrógeno ha sido esencial para la precisión que han logrado alcanzar estas pruebas”, apunta Sven Hermann, de ZARM.
“Aunque cada satélite de Galileo transporta dos relojes de rubidio y dos relojes de máser de hidrógeno, solo uno de ellos está activo como reloj de transmisión. Durante nuestro plazo de observación, nos centramos en los periodos en que los satélites transmitían con relojes PHM y evaluamos cuidadosamente la calidad de estos datos tan valiosos. Las mejoras continuas en el procesamiento y, especialmente, en la modelización de los relojes podrían llevarnos a lograr resultados aún más precisos en el futuro”.
Resultados aún mejores
Uno de los principales retos de estos tres años de trabajo fue perfeccionar las mediciones de corrimiento al rojo gravitacional eliminando efectos sistemáticos, como los errores de reloj y el desplazamiento orbital, debidos a factores como el achatamiento ecuatorial, la influencia del campo magnético terrestre, las variaciones térmicas e incluso el leve aunque persistente empuje de la propia luz del Sol, que se conoce como ‘presión de la radiación solar’.
“El cuidado y la cautela en la modelización y control de estos errores sistemáticos han sido esenciales, con estabilidades de hasta 4 picosegundos por periodo orbital de 13 horas de los satélites; es decir, cuatro millonésimas de millonésima de segundo”, explica Pacôme Delva, del Observatorio SYRTE.
“Para ello hemos contado con el apoyo de numerosos expertos, y especialmente de la ESA, gracias a su conocimiento del sistema Galileo”.
El seguimiento preciso por satélite ha sido posible gracias al Servicio Internacional de Mediciones Láser (ILRS), que envía haces hacia los retrorreflectores de Galileo para efectuar comprobaciones orbitales a escala centimétrica.
También se ha recibido una ayuda fundamental de la Oficina de Soporte a la Navegación, basada en el centro ESOC de la ESA en Alemania, cuyos expertos generaron el reloj de estabilidad de referencia y productos orbitales para los dos satélites excéntricos de Galileo, a la vez que determinaron los errores residuales de las órbitas tras las mediciones láser.
esa
A esta serpentina arremolinada, captada por el instrumento VISIR, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO, le espera un futuro explosivo, ya que se trata de un sistema de estrellas Wolf-Rayet y una probable fuente de uno de los fenómenos más energéticos del universo: un estallido de rayos gamma de larga duración (GRB).
"Este es el primer sistema de este tipo descubierto en nuestra galaxia", explica Joseph Callingham, del Instituto de Radioastronomía de los Países Bajos (ASTRON), autor principal del estudio que ha dado a conocer este sistema. "No esperábamos encontrar este sistema en nuestro propio vecindario" [1].
El sistema, que comprende un nido de estrellas masivas rodeado por un "remolino" de polvo, se conoce oficialmente como 2XMM J160050.7-514245, una referencia de catálogo poco manejable, por lo que los astrónomos decidieron dar otro apodo a este fascinante objeto: "Apep".
Apep obtiene su apodo por su forma sinuosa, que recuerdan a una serpiente enrollada alrededor de la estrella central. Su nombre es el de una antigua deidad egipcia, una serpiente gigantesca que encarna el caos (lo cual encaja en un sistema tan violento). Se creía que Ra, el Dios Sol, luchaba con Apep cada noche; la oración y adoración aseguraban la victoria de Ra y el regreso del sol.
Los GRB son unas de las explosiones más poderosas del universo. Duran entre unas pocas milésimas de segundo y unas pocas horas, y pueden liberar tanta energía como la que producirá el Sol durante toda su vida. Se cree que los GRB de larga duración, los que duran más de 2 segundos, pueden ser causados por explosiones de supernova o por estrellas Wolf-Rayet de rotación rápida.
Hacia el final de sus vidas, algunas de las estrellas más masivas evolucionan a estrellas Wolf-Rayet. Esta fase es de corta duración, y las Wolf-Rayets sobreviven en este estado durante apenas unos cientos de miles de años (un abrir y cerrar de ojos en términos cosmológicos). En ese momento, lanzan enormes cantidades de material en forma de un poderoso viento estelar, expulsando materia hacia el exterior a millones de kilómetros por hora; se han medido los vientos de estelares de Apep y viajan a la asombrosa velocidad de 12 millones de kilómetros por hora.
Estos vientos estelares han creado los elaborados penachos que rodean al sistema estelar triple, que consiste en una estrella binaria y una compañera solitaria unidas por gravedad. Aunque en la imagen solo se aprecian dos objetos parecidos a estrellas, el objeto de abajo es, de hecho, una estrella binaria Wolf-Rayet no resuelta. Esta binaria es la responsable de esculpir las serpentinas en remolino que rodean a Apep, que se forman a raíz de la colisión de los vientos estelares de las dos estrellas Wolf-Rayet.
En comparación con la extraordinaria velocidad de los vientos de Apep, el propio remolino de polvo que las rodea gira a un ritmo “pausado”, serpenteando a menos de 2 millones de kilómetros por hora. Se cree que la salvaje discrepancia entre la velocidad de los vientos estelares rápidos de Apep y el tranquilo remolino de polvo es la consecuencia de la acción de una de las estrellas del sistema binario, que lanzaría tanto un viento rápido como uno lento en diferentes direcciones.
Esto implicaría que la estrella se encuentra en rotación casi crítica, es decir, gira tan rápidamente que casi se está autodestruyendo. Se cree que una estrella Wolf-Rayet con una rotación tan rápida puede producir un GRB de larga duración cuando su núcleo colapsa al final de su vida.
El instrumento VISIR, del VLT de ESO, ha captado esta impresionante imagen de un sistema estelar binario masivo recién descubierto. Apodado Apep por una antigua deidad egipcia, puede tratarse de la primera detección de una fuente de estallidos de rayos gamma en nuestra galaxia.
Crédito: ESO.
Editing: Nico Bartmann.
Web and technical support: Mathias André and Raquel Yumi Shida.
Written by: Sara Rigby and Calum Turner.
Music: tonelabs — Orion Fog (http://www.tonelabs.com).
Footage and photos: ESO, Digitized Sky Survey 2, F. Kamphues, N. Risinger (skysurvey.org), Callingham et al., NAOJ, L. Calçada, NASA, SDO, M. Kornmesser.
Executive producer: Lars Lindberg Christensen.
Notas
[1] Callingham, actualmente en el Instituto de Radioastronomía de los Países Bajos (ASTRON), llevó a cabo parte de esta investigación en la Universidad de Sydney mientras trabajaba con el jefe del equipo de investigación Peter Tuthill. Además de observaciones con los telescopios de ESO, el equipo también usó el telescopio anglo-australiano en el Observatorio de Siding Spring, Australia.
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