El Gemini Planet Imager buscó exoplanetas en cientos de estrellas cercanas utilizando el telescopio Gemini Sur ubicado en los Andes chilenos. El astrónomo Marshall Perrin, quien recibió su doctorado en Berkeley, aparece en primer plano con las Nubes de Magallanes, dos galaxias satélite de la Vía Láctea, ubicadas en el cielo occidental.
Foto cortesía de Marshall Perrin, Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial.
A medida que los planetas se forman en el remolino de gas y polvo alrededor de las estrellas jóvenes, parece que hay un punto dulce donde se congregan la mayoría de los gigantes gaseosos, similares a Júpiter, centrados alrededor de la órbita donde Júpiter se encuentra hoy en nuestro propio Sistema Solar.
La ubicación de este punto dulce es entre 3 y 10 veces la distancia que la Tierra se asienta desde nuestro Sol (3-10 unidades astronómicas, o UA). Júpiter está a 5.2 UA de nuestro Sol.
Esa es solo una de las conclusiones de un análisis sin precedentes de 300 estrellas capturadas por el Gemini Planet Imager, o GPI, un detector de infrarrojos sensible montado en el telescopio Gemini Sur de 8 metros en Chile.
Imagen de primer plano del Gemini Planet Imager (GPI) actualmente ubicado en el Observatorio Gemini South en Cerro Pachón.
Crédito imagen: J. Chilcote.
El GPI Exoplanet Survey, o GPIES, es uno de los dos grandes proyectos que buscan exoplanetas directamente, bloqueando la luz de las estrellas y fotografiando los planetas mismos, en lugar de buscar oscilaciones reveladoras en la estrella (el método de la velocidad radial) o el cruce de planetas en frente de la estrella – la técnica de tránsito. La cámara GPI es sensible al calor que desprenden los planetas de reciente formación y las enanas marrones, que son más masivas que los planetas gigantes gaseosos, pero aún demasiado pequeñas para encender la fusión y convertirse en estrellas.
El análisis de las primeras 300 de las más de 500 estrellas estudiadas por GPIES, publicado el 12 de junio en The Astronomical Journal , “es un hito”, dijo Eugene Chiang, Profesor de Astronomía de la Universidad de Berkeley y miembro del grupo de teoría de la colaboración. “Ahora tenemos estadísticas excelentes sobre la frecuencia con que ocurren los planetas, su distribución masiva y qué tan lejos están de sus estrellas. Es el análisis más completo que he visto en este campo “.
El estudio complementa los estudios anteriores de exoplanetas contando planetas entre 10 y 100 UA, un rango en el que el reconocimiento de tránsitos del Telescopio Espacial Kepler y las observaciones de velocidad radial es poco probable que detecten planetas. Fue dirigido por Eric Nielsen, Científico Investigador del Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas de la Universidad de Stanford, e involucró a más de 100 investigadores en 40 instituciones en todo el mundo, incluida la Universidad de California, Berkeley.
Un nuevo planeta, una nueva enana marrón.
Desde que comenzó la encuesta de GPIES hace cinco años, el equipo ha fotografiado seis planetas y tres enanas marrones orbitando algunas de estas 300 estrellas. El equipo estima que aproximadamente el 9 por ciento de las estrellas masivas tienen gigantes gaseosos entre 5 y 13 masas de Júpiter más allá de una distancia de 10 UA, y menos del 1 por ciento tienen enanas marrones entre 10 y 100 UA.
Un equipo de astrónomos pasó cinco años en el telescopio Gemini del Sur fotografiando a 531 estrellas jóvenes en busca de planetas similares a Júpiter. Una cámara avanzada, el Gemini Planet Imager, bloquea la luz de cada estrella para obtener imágenes del brillo infrarrojo mucho más débil de un planeta.
Cada círculo es una observación de una estrella en el cielo del sur: los círculos azules son estrellas con un exoplaneta observado;
los círculos rojos indican estrellas con cinturones de cometas polvorientos;
Los círculos grises son estrellas sin planetas detectados.
Múltiples círculos indican estrellas, como 51 Eri, que se observaron varias veces para rastrear el movimiento orbital del planeta a lo largo del tiempo.
Crédito de la Animación: Paul Kalas, UC Berkeley.
El nuevo conjunto de datos proporciona información importante sobre cómo y dónde se forman los objetos masivos dentro de los sistemas planetarios.
“Al salir de la estrella central, los planetas gigantes se vuelven más frecuentes. Alrededor de 3 a 10 UA, la tasa de incidencia alcanza su punto máximo “, dijo Chiang. “Sabemos que alcanza su punto máximo porque los levantamientos de Kepler y de velocidad radial encuentran un aumento en la tasa, yendo de Júpiter calientes muy cerca de la estrella a Júpiters a unas pocas UA de la estrella. GPI se ha llenado el otro extremo, pasando de 10 a 100 UA, y descubriendo que la tasa de ocurrencia disminuye; los planetas gigantes se encuentran con más frecuencia en 10 UA que en 100 UA. Si combinas todo, hay un punto dulce para la ocurrencia de un planeta gigante de alrededor de 3 a 10 UA “.
“Con futuros observatorios, en particular el telescopio de treinta metros y las ambiciosas misiones espaciales, comenzaremos a imaginar los planetas que residen en el punto dulce de estrellas similares al Sol”, dijo el miembro del equipo Paul Kalas, Profesor Adjunto de Astronomía de la UC Berkeley.
GPI capturó un planeta alrededor de la estrella 51 Eridanus.
51 Eri b es el único planeta desconocido hasta ahora descubierto entre las más de 500 estrellas estudiadas por GPIES.
Solo 300 de las 531 estrellas fueron analizadas en este nuevo estudio.
Crédito Imagen: de Jason Wang, Caltech / Robert De Rosa, Stanford.
El estudio de exoplanetas descubrió solo un planeta previamente desconocido: 51 Eridani b, casi tres veces la masa de Júpiter, y una enana marrón previamente desconocida, HR 2562 B, que pesa alrededor de 26 masas de Júpiter. Ninguno de los planetas gigantes fotografiados estaban alrededor de estrellas parecidas al Sol. En cambio, los planetas gigantes de gas se descubrieron solo alrededor de estrellas más masivas, al menos un 50 por ciento más grandes que nuestro Sol, o 1.5 masas solares.
“Teniendo en cuenta lo que nosotros y otros sondeos hemos visto hasta ahora, nuestro Sistema Solar no se parece a otros sistemas solares”, dijo Bruce Macintosh, el Investigador Principal de GPI y Profesor de Física en Stanford. “No tenemos tantos planetas empacados tan cerca del Sol como sucede con sus estrellas y ahora tenemos pruebas provisionales de que otra forma en la que podríamos ser raros es tener este tipo de planetas tipo Júpiter”.
“El hecho de que los planetas gigantes son más comunes alrededor de estrellas más masivas que estrellas similares al Sol es un rompecabezas interesante”, dijo Chiang.
Debido a que muchas estrellas visibles en el cielo nocturno son estrellas jóvenes masivas llamadas estrellas A, esto significa que “las estrellas que puedes ver en el cielo nocturno con tu ojo tienen más probabilidades de tener planetas de masa com la de Júpiter a su alrededor que las estrellas más débiles que necesitas un telescopio para verlas “, dijo Kalas. “Eso es un poco genial”.
El análisis también muestra que los planetas gigantes gaseosos y las enanas marrones, aunque parecen estar en un continuo de masa creciente, pueden ser dos poblaciones distintas que se formaron de diferentes maneras. Los gigantes gaseosos, hasta aproximadamente 13 veces la masa de Júpiter, parecen haberse formado por la acumulación de gas y polvo en objetos más pequeños, de abajo hacia arriba. Las enanas marrones, de entre 13 y 80 masas de Júpiter, se formaron como estrellas, por colapso gravitacional, de arriba abajo, dentro de la misma nube de gas y polvo que dio origen a las estrellas.
“Creo que esta es la evidencia más clara que tenemos de que estos dos grupos de objetos, planetas gigantes y enanas marrones, se forman de manera diferente”, dijo Chiang. “Realmente son manzanas y naranjas”.
La imagen directa es el futuro.
El Gemini Planet Imager puede captar imágenes de planetas alrededor de estrellas distantes, gracias a la óptica de adaptación extrema, que detecta rápidamente la turbulencia en la atmósfera y reduce el desenfoque al ajustar la forma de un espejo flexible. El instrumento detecta el calor de los cuerpos que aún brillan a partir de su propia energía interna, como los exoplanetas que son grandes, entre 2 y 13 veces la masa de Júpiter, y los jóvenes, de menos de 100 millones de años, en comparación con la edad de nuestro Sol de 4,6 mil millones. años. A pesar de que bloquea la mayor parte de la luz de la estrella central, el resplandor aún limita el GPI a ver solo planetas y enanas marrones lejos de las estrellas que orbitan, entre aproximadamente 10 y 100 UA.
Los resultados del estudio de 531 estrellas y sus exoplanetas en el cielo del sur se trazan para indicar su distancia a la Tierra (un parsec es 3.26 años luz).
Los puntos grises son estrellas sin exoplanetas o un disco de polvo;
los puntos rojos son estrellas que tienen un disco de polvo pero no planetas;
Los puntos azules son estrellas que tienen planetas.
Los puntos con anillos indican estrellas con imágenes múltiples veces.
Créditos: de Paul Kalas, UC Berkeley / Dmitry Savransky, Cornell / Robert De Rosa, Stanford.
El equipo planea analizar los datos sobre las estrellas restantes en la encuesta, con la esperanza de una mejor comprensión de los tipos y tamaños más comunes de planetas gigantes y enanas marrones.
Chiang señaló que el éxito de GPIES muestra que la imagen directa será cada vez más importante en el estudio de los exoplanetas, especialmente para comprender su formación.
“La imagen directa es la mejor manera de llegar a los planetas jóvenes”, dijo. “Cuando los planetas jóvenes se están formando, sus estrellas jóvenes están demasiado activas, demasiado nerviosas, para que la velocidad radial o los métodos de tránsito funcionen fácilmente. Pero con imágenes directas, ver es creer ”.
Otros miembros del equipo de UC Berkeley son los Becarios Postdoctorales Ian Czekala, Gaspard Duchêne, Thomas Esposito, Megan Ansdell y Rebecca Jensen-Clem, el Profesor de Astronomía James Graham y los estudiantes Jonathan Lin, Meiji Nguyen y Yilun Ma. Otros miembros del equipo incluyen a Nielsen, un ex estudiante de Berkeley, Franck Marchis, un ex Investigador Asistente, y Marshall Perrin, Mike Fitzgerald, Jason Wang, Eve Lee y Lea Hirsch, ex alumnos graduados.
La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencia (AST-1518332), la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NNX15AC89G) y el Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), una red de coordinación de investigación patrocinada por la Dirección de Misiones Científicas de la NASA (NNX15AD95G).
INFORMACIÓN RELACIONADA
- Encuesta de exoplanetas del Generador de Imágenes de Planetas Gemini: demografía de enanas marrones y planetas gigantes de 10 a 100 UA ( AJ )
- Gemini Planet Imager
- El sitio web de Eugene Chiang
- El sitio web de Paul Kalas
Fuente del artículo: Universidad de California, Berkeley.
Artículo original: “Jupiter-like exoplanets found in sweet spot in most planetary systems“. Robert Sanders, Media relations| June 12, 2019.
Material relacionado:
Muchos planetas grandes como júpiter y aún mayores, se han encontrado cerca de sus estrellas. Sin embargo, no son tan útiles para aprender sobre la arquitectura de nuestro propio Sistema Solar, donde los planetas gigantes, como Saturno, Urano y Neptuno, están todos más alejados del Sol. Los grandes planetas lejos de sus estrellas han sido, hasta ahora, más difíciles de encontrar.
Un estudio recientemente publicado en Astronomical Journal detalla cómo un equipo de investigación encontró el éxito en un enfoque novedoso que combina métodos de detección tradicionales con las últimas tecnologías:
Nuevo método de detección de exoplanetas permite identificar planetas lejanos a su estrella anfitriona. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. 1º de Junio, 2019.
Una recopilación de los resultados de la Misión Kepler y Kepler 2 (K2), conteniendo una cantidad de artículos sobre el tema, señalando lo raro que es nuestro Sistema Solar entre los sistemas planetarios descubiertos se enuentra en:
La Revolución de Kepler. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. 19 de Agosto, 2018.
Sobre la rareza del Sistema Solar y su relación con los métodos de detección de exoplanetas.
La arquitectura de nuestro Sistema Solar es rara en comparación a lo que se ha observado en otros sistemas estelares hasta la fecha. Este resultado tiene un sesgo debido al procedimiento de detección, ya que los planetas grandes tipo Júpiter, cercanos a su estrella anfitriona (llamados Júpiters calientes) son más fáciles de detectar que los que se encuentran en ubicaciones lejanas respecto de su estrella; lo mismo vale para los planetas rocosos. Justamente eso es lo que se ha observado, como lo explican los dos artículos siguientes:
Rarity of Jupiter-like planets means planetary systems exactly like ours may be scarce. Stefano Meschiari. The Conversation. Dec. 11, 2015.
How Normal is Our Solar System?. Susanna Kohler. AAS NOVA, Sept. 25, 2015.
En línea con la explicación anterior, la otra rareza del Sistema Solar es su gran número de planetas, respecto a los observados en otros sistemas extrasolares:
Con el uso de Inteligencia Artificial (IA) se ha encontrado un sistema de 8 planetas como el nuestro en los datos de Kepler . Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. Dic 26, 2017.
Sobre las Enanas Marrones:
Un artículo que presenta un proyecto de Ciencia Ciudadana para buscar Enanas Marrones, que además contiene en el apartado “Material relacionado” una selección de recursos sobre ellas es:
Aficionados en busca de estrellas fallidas. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. 3 de Junio, 2017.
Curiosidades:
Desde el punto de vista de la búsqueda de vida extraterrestre, uno se preguntaría ¿qué valor tienen estos gigantes gaseosos lejanos a su estrella anfitriona?
Un interesante estudio que esboza una respuesta es presentado en el artículo siguiente:
‘Exolunas’ alrededor de planetas gigantes podrían ser el mejor lugar para buscar vida. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. 6 de Junio, 2019.
