Bienvenido de nuevo a la última entrega de nuestra serie sobre métodos de búsqueda de exoplanetas. Hoy comenzamos con el método muy difícil, pero muy prometedor, conocido como Direct Imaging.
En las últimas décadas, el número de planetas descubiertos más allá de nuestro Sistema Solar ha crecido a pasos agigantados. A partir del 4 de octubre de 2018, se han confirmado un total de 3.869 exoplanetas en 2.887 sistemas planetarios, con 638 sistemas que albergan múltiples planetas. Desafortunadamente, debido a las limitaciones que los astrónomos se han visto obligados a enfrentar, la gran mayoría de estos se han detectado utilizando métodos indirectos.
Hasta ahora, solo se ha descubierto un puñado de planetas al ser fotografiados mientras orbitaban sus estrellas (también conocido como Direct Imaging). Si bien es un desafío en comparación con los métodos indirectos, este método es el más prometedor cuando se trata de caracterizar las atmósferas de los exoplanetas. Hasta ahora, se han confirmado 100 planetas en 82 sistemas planetarios utilizando este método, y se espera encontrar muchos más en el futuro cercano.
Descripción:
Como su nombre indica, Direct Imaging consiste en capturar imágenes de exoplanetas directamente, lo que es posible buscando la luz reflejada desde la atmósfera de un planeta en longitudes de onda infrarrojas. La razón de esto es porque en las longitudes de onda infrarrojas, es probable que una estrella sea aproximadamente 1 millón de veces más brillante que un planeta que refleja la luz, en lugar de mil millones de veces (que suele ser el caso en las longitudes de onda visuales).
Una de las ventajas más obvias de Direct Imaging es que es menos propenso a falsos positivos. Mientras que el Método de tránsito es propenso a falsos positivos en hasta el 40% de los casos que involucran un sistema de planeta único (lo que requiere observaciones de seguimiento), los planetas detectados utilizando el Método de velocidad radial requieren confirmación (por lo tanto, por lo general, se combina con el Método de tránsito) . En contraste, las imágenes directas permiten a los astrónomos ver realmente los planetas que están buscando.
Si bien las oportunidades para usar este método son escasas, siempre que se puedan realizar detecciones directas, puede proporcionar a los científicos información valiosa sobre el planeta. Por ejemplo, al examinar los espectros reflejados en la atmósfera de un planeta, los astrónomos pueden obtener información vital sobre su composición. Esta información es intrínseca a la caracterización de exoplanetas y a determinar si es potencialmente habitable.
En el caso de Fomalhaut b, este método permitió a los astrónomos aprender más sobre la interacción del planeta con el disco protoplanetario de la estrella, imponer restricciones en la masa del planeta y confirmar la presencia de un sistema de anillo masivo. En el caso de HR 8799, la cantidad de radiación infrarroja reflejada por la atmósfera de su exoplaneta (combinada con modelos de formación planetaria) proporcionó una estimación aproximada de la masa del planeta.
Direct Imaging funciona mejor para planetas que tienen órbitas anchas y son particularmente masivos (como los gigantes gaseosos). También es muy útil para detectar planetas que están posicionados "cara a cara", lo que significa que no transitan frente a la estrella en relación con el observador. Esto lo hace complementario a la velocidad radial, que es más efectiva para detectar planetas que están "de borde", donde los planetas hacen tránsitos de su estrella.
En comparación con otros métodos, Direct Imaging es bastante difícil debido al efecto de oscurecimiento que tiene la luz de una estrella. En otras palabras, es muy difícil detectar la luz que se refleja en la atmósfera de un planeta cuando su estrella madre es mucho más brillante. Como resultado, las oportunidades para Direct Imaging son muy raras usando la tecnología actual.
En su mayor parte, los planetas solo pueden detectarse utilizando este método cuando orbitan a grandes distancias de sus estrellas o son particularmente masivos. Esto lo hace muy limitado cuando se trata de buscar planetas terrestres (también conocidos como "similares a la Tierra") que orbitan más cerca de sus estrellas (es decir, dentro de la zona habitable de su estrella). Como resultado, este método no es particularmente útil cuando se trata de buscar exoplanetas potencialmente habitables.
Ejemplos de encuestas de imágenes directas:
La primera detección de exoplanetas realizada con esta técnica se produjo en julio de 2004, cuando un grupo de astrónomos utilizó la matriz de telescopios muy grandes (VLTA) del Observatorio Europeo Austral (ESO) para obtener imágenes de un planeta varias veces la masa de Júpiter cerca de 2M1207. una enana marrón ubicada a unos 200 años luz de la Tierra.
En 2005, otras observaciones confirmaron la órbita de este exoplaneta alrededor de 2M1207. Sin embargo, algunos se han mostrado escépticos de que este fuera el primer caso de "Imagen Directa", ya que la baja luminosidad de la enana marrón fue lo que hizo posible la detección del planeta. Además, debido a que orbita una enana marrón, algunos han argumentado que el gigante gaseoso no es un planeta apropiado.
En septiembre de 2008, se fotografió un objeto con una separación de 330 UA alrededor de su estrella anfitriona, 1RXS J160929.1? 210524, que se encuentra a 470 años luz de distancia en la constelación de Scorpius. Sin embargo, no fue hasta 2010 que se confirmó que era un planeta y un compañero de la estrella.
El 13 de noviembre de 2008, un equipo de astrónomos anunció que capturaron imágenes de un exoplaneta orbitando la estrella Fomalhaut utilizando el telescopio espacial Hubble. El descubrimiento fue posible gracias al grueso disco de gas y polvo que rodeaba Fomalhaut, y al borde interno afilado que sugiere que un planeta había limpiado los escombros de su camino.
Las observaciones de seguimiento con Hubble produjeron imágenes del disco, lo que permitió a los astrónomos localizar el planeta. Otro factor que contribuye es el hecho de que este planeta, que es el doble de la masa de Júpiter, está rodeado por un sistema de anillos que es varias veces más grueso que los anillos de Saturno, lo que hizo que el planeta brillara con bastante luz visual.
El mismo día, los astrónomos que usaron los telescopios tanto del Observatorio Keck como del Observatorio Gemini anunciaron que habían fotografiado 3 planetas que orbitan HR 8799. Estos planetas, que tienen masas 10, 10 y 7 veces la de Júpiter, fueron detectados en infrarrojo longitudes de onda Esto se atribuyó al hecho de que HR 8799 es una estrella joven y se cree que los planetas a su alrededor aún conservan parte del calor de su formación.
En 2009, el análisis de imágenes que datan de 2003 reveló la existencia de un planeta en órbita alrededor de Beta Pictoris. En 2012, los astrónomos que usaron el Telescopio Subaru en el Observatorio Mauna Kea anunciaron la imagen de un "Super-Júpiter" (con 12.8 masas de Júpiter) orbitando la estrella Kappa Andromedae a una distancia de aproximadamente 55 UA (casi el doble de la distancia de Neptuno desde el Dom).
Se han encontrado otros candidatos a lo largo de los años, pero hasta ahora, permanecen sin confirmar como planetas y podrían ser enanas marrones. En total, se han confirmado 100 exoplanetas utilizando el método de Imagen Directa (aproximadamente el 0.3% de todos los exoplanetas confirmados), y la gran mayoría eran gigantes gaseosos que orbitaban a grandes distancias de sus estrellas.
Sin embargo, se espera que esto cambie en el futuro cercano a medida que los telescopios de próxima generación y otras tecnologías estén disponibles. Estos incluyen telescopios terrestres equipados con óptica adaptativa, como el Telescopio de treinta metros (TMT) y el Telescopio Magellan (GMT). También incluyen telescopios que dependen de la coronografía (como el James Webb Space Telescope (JWST), donde se usa un dispositivo dentro del telescopio para bloquear la luz de una estrella.
Otro método que se está desarrollando se conoce como "sombra estelar", un dispositivo que está posicionado para bloquear la luz de una estrella incluso antes de que entre en un telescopio. Para un telescopio espacial que busca exoplanetas, una pantalla estelar sería una nave espacial separada, diseñada para posicionarse a la distancia y ángulo correctos para bloquear la luz de las estrellas que observaban los astrónomos.
Tenemos muchos artículos interesantes sobre la caza de exoplanetas aquí en la revista Space. Aquí está ¿Qué es el Método de tránsito ?, ¿Qué es el Método de velocidad radial ?, ¿Cuál es el Método de microlente gravitacional ?, y El universo de Kepler: más planetas en nuestra galaxia que estrellas.
Astronomy Cast también tiene algunos episodios interesantes sobre el tema. Aquí está el Episodio 367: Spitzer hace Exoplanetas y el Episodio 512: Imagen Directa de Exoplanetas.
Para obtener más información, asegúrese de visitar la página de la NASA sobre Exploración de Exoplanetas, la página de la Sociedad Planetaria sobre Planetas Extrasolares y el Archivo de Exoplanetas NASA / Caltech.
Fuentes:
- NASA - Cinco formas de encontrar un exoplaneta: imaginación directa
- Wikipedia - Métodos de detección de exoplanetas: imágenes directas
- La sociedad planetaria: imagen directa
- Observatorio Las Cumbres - Imagen Directa
