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Diagrama de Hertzsprung-Russell (luminosidad versus tipo espectral de la estrella). La secuencia principal es la región donde se encuentra la mayor parte de las estrellas, incluida el Sol. Los valores de luminosidad se dan en función de la luminosidad del Sol. El tipo espectral de una estrella se relaciona con su temperatura efectiva (es decir, la de su superficie visible) y color. El Sol es una estrella de tipo espectral G2, mientras que la mayoría de las estrellas tienen tipo espectral M. Cortesía de Richard Powell. Imagen tomada de http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/ 6/6b/HRDiagram.png |
Desde el descubrimiento del primer planeta alrededor de una estrella de la secuencia principal (ver figura) distinta al Sol (51 Pegasi: [1]) se han encontrado cerca de un millar de exoplanetas (véase la Enciclopedia de Planetas Extrasolares: exoplanet.eu). Este campo de investigación atrae mucho el interés tanto de la comunidad de astrofísicos como del público en general. Recientemente se han llegado a encontrar planetas de unas pocas masas terrestres y varios planetas alrededor de una misma estrella. Resulta fascinante descubrir otros mundos y, por qué no, imaginar su futura exploración. Si muchas de las estrellas de nuestra galaxia albergan al menos un planeta, hay más de 100 mil millones de planetas por descubrir.
La caza de exoplanetas no es una tarea tan fácil como pudiera pensarse, ya que los planetas son mucho más débiles que las estrellas que los albergan. Los caza-planetas precisan de un telescopio, no necesariamente de los más grandes, aunque con éstos es más fácil el descubrimiento de planetas más pequeños y distantes. La mayoría de los hallazgos se ha hecho con instrumentos (espectrógrafos y fotómetros) instalados en telescopios modestos en el rango visible, es decir la región del espectro electromagnético a la que es sensible el ojo humano. Con razón la mayor parte de las estrellas con planetas descubiertos son similares al Sol. Y los planetas encontrados suelen ser gigantes gaseosos de periodos cortos. Ahora bien, la mayoría de las estrellas en nuestra galaxia (~70%) son más de 2000 grados más frías que el Sol (ver figura), y por ello difíciles de detectar en el visible. Aunque se han descubierto algunos planetas alrededor de estrellas frías (<5%; ver exoplanet.eu), habrá que esperar a la próxima generación de instrumentos en el infrarrojo, suficientemente sensibles para cazar más fácilmente estos planetas.
El planeta inflado
Varios astrofísicos de institutos europeos y latinoamericanos, entre ellos del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), hemos descubierto un planeta extrasolar, WTS-1b [2], el primero dentro del proyecto RoPACS (una red Marie Curie para el entrenamiento de estudiantes). WTS-1b es un gigante gaseoso (unas cuatro veces más masivo que Júpiter) que orbita alrededor de su estrella (un poco más caliente que el Sol) con un periodo de 3.4 días. La detección del planeta se realizó con el método de tránsito (ver figura), que requiere que el observador esté alineado con el sistema estrella-planeta para observar caídas en la curva de luz cuando el planeta cruza el disco estelar.
Las estrellas y sus planetas están tan lejos que generalmente no se pueden resolver (separar visualmente), por lo que sólo de manera indirecta con el método Doppler o el método del tránsito se puede inferir la presencia de planetas. El método Doppler permite medir variaciones en la componente de la velocidad proyectada en la línea de observación debidas a la interacción gravitatoria entre la estrella y el planeta. La profundidad de la curva de luz de un tránsito es proporcional al cociente de las áreas proyectadas del planeta y la estrella. Por ello, para una cierta estrella sus planetas más grandes son más fáciles de detectar al dejar una huella más profunda en la curva de luz. WTS-1b se detectó a partir de una curva de luz observada en el infrarrojo dentro del programa “WFCAM Transit Survey”, del telescopio UKIRT de 3.8 metros, y se confirmó con el método Doppler, a partir de espectros obtenidos con el telescopio Hobby-Eberly, de 9.2 metros.
El radio del planeta de WTS-1b es 50 por ciento mayor que el de Júpiter. Las propiedades de WTS-1b no pueden explicarse de acuerdo a los modelos estándar de formación y evolución de gigantes gaseosos aislados. Su radio es anómalamente grande, como si se tratase de un planeta inflado. En general la radiación de la estrella que recibe el planeta retarda su contracción, pero de acuerdo con los modelos, dada la edad de la estrella huésped de al menos 600 millones de años (compárese con la edad del Sol, de unos 4.500 millones de años), se esperaría que WTS-1b fuera como mucho 20 por ciento mayor que Júpiter. Cabe la posibilidad de que este planeta haya migrado desde regiones más lejanas de la estrella a sus proximidades y al recibir una mayor radiación haya experimentado fuertes vientos en su atmósfera.
El cazador espacial
PHASES (Planet Hunting and AsteroSeismology Explorer Spectrophotometer) [3] es un proyecto espacial para estudiar variabilidad en estrellas brillantes, algunas con planetas en tránsito. Este instrumento está diseñado para obtener series de espectros estelares calibrados en flujo absoluto con precisiones mejores a 2% en no más de un minuto por espectro. En la actualidad sólo el espectrógrafo STIS, a bordo del telescopio espacial Hubble, permite obtener espectroscopia calibrada en flujo absoluto con tales precisiones. El espectrógrafo de PHASES cubre el rango espectral entre 370 y 960 nm (es decir, el visible y los extremos cercanos del ultravioleta e infrarrojo) con resolución espectral suficiente para determinar las propiedades físicas de las estrellas de interés. A partir de la comparación del espectro calibrado en flujo absoluto de una estrella con modelos de atmósferas se puede determinar su diámetro angular. Conocida la distancia de la estrella es posible obtener su radio con excelente precisión (mejor a 1%). En el contexto de exoplanetas, cuanto mejor se determinan las propiedades de la estrella huésped, mejor se pueden extraer las del planeta o planetas que la orbitan. Para estrellas brillantes con planeta/s en tránsito PHASES permitiría derivar las curvas de luz a partir de series de espectros obtenidos antes, durante y después del tránsito. Se podría obtener el radio de los planetas con una precisión similar a la del radio estelar. La estrategia de la misión incluye observar estrellas con planetas conocidos. Con algo de suerte, se podrían encontrar lunas tan pequeñas como Calisto alrededor de estos planetas.
¿Por qué mandar el instrumento al espacio? La atmósfera terrestre, fundamental para proteger la vida en la superficie de la Tierra de los rayos ultravioleta, introduce un ruido en las observaciones. Desde el espacio el contraste, o lo que los astrofísicos llamamos relación señal-ruido, aumenta entre 100 y 1000 veces con respecto a la observación del mismo objeto desde tierra. Al ser un instrumento compacto y ligero (20 kg), PHASES se puede albergar en un microsatélite, que se ha de lanzar a una órbita terrestre baja (822 km) heliosíncrona (con sus paneles solares siempre orientados hacia el Sol y el telescopio apuntando en sentido contrario). Así se puede observar una misma estrella durante largos periodos de tiempo (de hasta 60 días) sin depender de las variantes condiciones climatológicas ni estar limitados por el ciclo noche-día que afecta a los telescopios en tierra.
Hasta ahora PHASES se ha desarrollado con muy limitados recursos, pero ha sido tema de estudio de una tesis doctoral y varias tesis de maestría. Su desarrollo permite la interacción entre un grupo multidisciplinar de astrofísicos e ingenieros de varios países con el objetivo de desarrollar una misión espacial de bajo coste con un alto retorno científico, que puede además contribuir al desarrollo del sector espacial del país.
Referencias
1 Mayor & Queloz 1995, Nature, 378, 6555
http://cdsads.u-strasbg.fr/abs/1995Natur.378..355M
2 Cappetta et al. 2012, MNRAS, 427, 1877
http://cdsads.u-strasbg.fr/abs/2012MNRAS.427.1877C
3 del Burgo et al. 2010, JInst, 5, 1006
http://cdsads.u-strasbg.fr/abs/2010JInst…5.1006D
Más información
Red europea RoPACS: http://star.herts.ac.uk/RoPACS/
Telescopio UKIRT: http://www.jach.hawaii.edu/UKIRT/
Telescopio HET: http://www.as.utexas.edu/mcdonald/het/
Telescopio espacial Hubble: http://hubblesite.org/
“The Extrasolar Planets Encyclopaedia”: http://exoplanet.eu/
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