Archivo por meses: febrero 2012

Planetas lejanos

Entre las cuestiones que aborda la astronomía una ha surgido con gran fuerza en las dos últimas décadas. Tan interesante que ha revolucionado la astronomía moderna y ha orientado miles de carreras científicas en la apertura de un nuevo campo del conocimiento: El estudio de planetas orbitando otras estrellas distantes del Sol: los llamados exoplanetas. Estos planetas son difíciles de encontrar. Las estrellas son tan brillantes comparadas con los planetas que eclipsan el débil brillo de cualquier planeta que pudieran tener cerca. Sin embargo estos planetas se encuentran en numerosas estrellas (posiblemente en al menos una de cada dos estrellas al menos) y su presencia se pone de manifiesto por efectos indirectos sobre la estrella a la que orbitan desplazándola ligeramente y modificando débilmente la luz que nos llega de ellas (este método de detección se conoce como el método de las velocidades radiales) o bien pasando por delante de la estrella y ocultando una minúscula fracción del disco estelar con lo que la estrella disiminuye su brillo brevemente mientras un exoplaneta transita entre la estrella y nosotros (método de los tránsitos). En la actualidad se conocen más de 758 planetas orbitando otras estrellas y telescopios espaciales como el francés Corot y el americano Kepler no hacen sino aumentar este número de manera exponencial.

 

Los primeros planetas: Júpiters calientes

 
51Peg
En el año 1995 dos astrónomos suizos Michel Mayor y Didier Queloz descubrieron el primer planeta extrasolar orbitando una estrella convencional. Este planeta conocido como 51 Peg b es un planeta gigante, semejante a Júpiter, pero extremadamente cerca de su estrella central. Nadie hubiera esperado encontrar un mundo como este tan cerca de su estrella puesto que en nuestro propio sistema solar los gigantes gaseosos están muy lejos del Sol (Júpiter orbita a 700 millones de kilómetros del Sol y los demás gigantes lo hacen a distancias mayores). En los siguientes años comenzó una trayectoria frenética de descubrimientos de nuevos planetas. Casi todos semejantes a 51 Peg b acuñando un nombre para este tipo de objetos: Júpiters calientes.

 

Los tránsitos planetarios

En 1999 se anunció por vez primera la detección positiva del tránsito de un exoplaneta. La estrella HD 209458 experimenta de manera regular una caída en su brillo de un 1.5% con un periodo de 3 días. Pronto se anunció que la caída de luz se correspondía al paso de un planeta (de nuevo un Júpiter caliente) entre la estrella y la línea de visión con la que observamos esta estrella. El nuevo método permitía deducir de una manera muy precisa las características de la órbita de este cuerpo y sobre todo su tamaño.

 

HD209458b

Recreación artística del planeta HD209458b, el primero en ser descubierto por el método de los tránsitos planetarios. A la derecha curva de luz real de la estrella HD209458. Periódicamente su brillo disminuye entorno a un 1.5% cuando el planeta pasa por delante de la estrella durante un periodo de 1.5 horas.

 
Más aún se puede observar el tránsito primario y el tránsito secundario cuando la estrella oculta el débil brillo del planeta. Incluso se pueden observar las fases del planeta y “medir” las temperaturas en el lado nocturno y diurno del planeta si este es lo bastante grande y la órbita está alineada de la manera apropiada. En algunos casos la luz de la estrella es absorbida parcialmente por la atmósfera superior del planeta al transitar por delante y esta información queda grabada en la luz que nos llega de la estrella permitiendo analizar la composición química de algunos de estos mundos. Los compuestos químicos descubiertos en estas atmósferas son hidrógeno, sodio, potasio pero también agua o monóxido de carbono mostrando que estos son elementos abundantes también en otros planetas, si bien estos análisis solo han podido realizarse en planetas gigantes comparables a Júpiter en su composición química global.

 

Geometría de tránsitos planetariosAbsorcion_atmosfera

Geometría de tránsitos planetarios.


 

Las técnicas con las que se analiza la luz de estas estrellas son tan sofisticadas que requieren de observaciones por parte de potentes telescopios espaciales como el telescopio Kepler capaz de observar simultaneamente 150.000 estrellas buscando este tipo de sutiles variaciones de luz que identifiquen la presencia de planetas permitiéndo carazterizarlos mediante el análisis de los tránsitos primarios y secundarios. En la imagen inferior se observa una curva de luz real de una estrella transitada por un planeta. El análisis de estas curvas de luz se realiza de manera automática por parte de sofisticados algorimos matemáticos pero algunas de estas curvas de luz son tan esquivas que requieren el análisis humano. La misión Kepler dispone de un programa de colaboración con gente de todo el mundo (el programa planethunters) que de manera altruísta examina estas curvas de luz buscando (y encontrando!) planetas nuevos.
 


Tránsitos primarios, secundarios y evolución de la fase del planeta.


 

SuperTierras y Tierras calcinadas

Entre los descubrimientos más interesantes de los plánetas en tránsito están aquellos planetas cuyo tamaño es lo suficientemente pequeño para ser considerados comparables a nuestra Tierra. Los primeros planetas de este tipo descubiertos son algo mayores acuñándose el término de supertierras y muchos de ellos muy cercanos a sus estrellas pues estos son los planetas que realizan tránsitos observables con mayor facilidad. Existen así mundos como Kepler 10b o Corot 7b con masas entre 3 y 9 veces la masa terrestre pero orbitando sus estrellas a una distancia veinte veces inferior a la órbita terrestre. Mundos cuya temperatura superficial oscila entre los 1200 y los 1600ºC posiblemente calcinados y con océanos de lava en su superficie.

 

Planetas habitables

El Santo Grial de estas investigaciones lo constituye la búsqueda de planetas potencialmente habitables. Para ello es necesario al menos que el planeta en el que se desarrolle esa posible vida esté a la distancia adecuada de su estrella central de tal modo que las temperaturas en su superficie permitan la existencia de agua líquida. Este rango de distancias se conoce como zona de habitabilidad y es diferente para estrellas de diferente masa acercándose a la estrella en estrellas menos masivas y más frías. En la actulidad se conocen seis planetas situados en la zona de habitabilidad de sus respectivas estrellas: 55 Cncf, Gliese 581d, HD85512b, Kepler 22b y Gliese 667Cc. Cada uno de estos planetas es diferente del nuestro. En general se trata de planetas gigante tipo Saturno o tipo Neptuno como Kepler 22b orbitando estrellas más frías que el Sol. El más cercano a nosotros de estos planetas es Gliese 667Cc orbitando una estrella enana roja que a su vez orbita otras dos estrellas de mayor tamaño situadas todas ellas a unos 20 años luz de nosotros. Este último descubrimiento es de gran interés ya que la mayor parte de las estrellas son de este tipo: enanas rojas en sistemas de múltiples estrellas.


Zona de habitabilidad estelar

Zona de habitabilidad estelar y retratos artísticos de los planetas habitables conocidos en la actualidad. De arriba a abajo: 55 Cncf, Gliese 581d, HD85512b, Kepler 22b y Gliese 667Cc.

 
Durante los próximos años asistiremos aun desfile de descrubrimientos en este área propiciado por las misiones espaciales dedicadas y el seguimiento desde Tierra. Algunos de estos tránsitos son observables por telescopios modestos permitiendo a astrónomos aficionados de todo el mundo participar en esta búsqueda. El siguiente paso mucho más ambicioso es caracterizar estos mundos y aprender sobre sus atmósferas con la esperanza de encontrar vida en otros remotos lugares del universo. Esa misión, tecnologícamente mucho más difícil, sigue constituyendo un desafío cuya magnitud no intimida a los apasionados astrofísicos que intentan aportar datos a la cuestión de la abundancia de vida en el Universo.

 
Para saber más:

El sistema Kepler 11, El País, 2 de febrero de 2012.

Zona de habitabilidad:
Zona de habitabilidad estelar, Cuaderno de Bitácora estelar.

Planetas habitables:
Gliese 667Cc, Eureka blog.
Kepler 22b, Eureka blog.

Retratos estelares

Incluso los mayores telescopios del mundo tienen una capacidad limitada en cuanto a la capacidad de obtener imágenes definidas del Universo. El fenómeno de la difracción de la luz, impiden que podamos obtener imágenes del Universo con una resolución arbitrariamente grande que nos permita distinguir los detalles de objetos lejanos. Las imágenes típicas de campos de estrellas muestran estas como puntos brillantes extendidos con una luz que se difumina cubriendo varios píxeles sin que podamos obtener una imagen clara de la superficie de estas estrellas. La dificultad estriba en la enorme distancia que nos separa de las estrellas, incluso de las más cercanas. Por ejemplo si pusieramos observáramos una estrella como nuestro Sol a la distancia de las estrellas más cercanas su tamaño aparente sería comparable al que tendría una moneda de 10 céntimos de euro observada a 500 km de distancia. Sin embargo algunas estrellas son tan masivas que en efecto podemos observarlas y “retratar” su superficie.

 

Betelgeuse

Betelgeuse, la gran estrella rojiza de la constelación de Orión, también conocida como Alpha Orionis, es una de las pocas estrellas cuya estructura puede observarse a través de un telescopio. Esta estrella es una supergigante roja masiva cerca del fin de su vida. Tras agotar su combustible nuclear las estrellas masivas se expanden y se enfrían formando gigantes rojas que sobreviven unos 100.00 años expandiéndose y contrayéndose varias veces expulsando material en cada contracción. En el caso de Betelgeuse tenemos una estrella hinchada cuyo tamaño es comparable al de la órbita del planeta Júpiter alrededor del Sol (unos 700 millones de kilómetros). Además, está rodeada de una nebulosa mucho más grande aún, que se extiende hasta unas 400 veces la distancia de la Tierra al Sol. El material expulsado por Betelgeuse nutre el medio interestelar de átomos pesados producidos en el interior de la estrella mientras la estrella expulsa sus capas externas como un reptil mudando de piel. El brillo de Betelgeuse evoluciona de manera irregular y de hecho es una estrella candidata a explotar como una supernova en cualquier momento: mañana o dentro de cien mil años. Entonce, durante un periodo breve de tiempo, será tan brillante que desde la Tierra será visible con un brillo comparable al del planeta Venus. Naturalmente, su explosión no puede afectar a nuestro planeta ya que la enorme distancia que nos separa de ella (unos 600 años luz) nos protegerá del vistoso espectáculo.

Imágenes de la supergigante roja Betelgeuse.

Imágenes de la supergigante roja Betelgeuse. La imagen izquierda es la primera fotografía de esta estrella obtenida por el Telescopio Espacial Hubble en 1995. La imagen central, capturada en 2009 desde Tierra muestra una estructura diferente con penacho de material escapando de la estrella. La imagen de la derecha, de la que se ha eliminado la estrella central y que aparece reducida en escala en esta imagen, muestra una nebulosa extendida de material expulsado de Betelgeuse.

Otras comparaciones interesantes entre Betelgeuse y nuestro Sol son su masa, unas 20-30 veces la masa del Sol y su brillo, unas 150.000 veces más luminosa que nuestra estrella. Aun con esa masa, su enorme tamaño hace que Betelgeuse tenga una densidad bajísima. Si una nave espacial de una inteligencia alienígena quisiera atravesar Betelgeuse tan solo tendrían que atravesar un gas caliente a 3000ºC pero con la densidad de la atmósfera terrestre a 100 km de altura. Extendiéndose más allá de la superficie de la estrella se encuentran incontables capas de gas aun mucho más ténues y expulsadas por la presión de la radiación de la estrella alejándose de ella. En el núcleo de la estrella agotado el hidrógeno se encuentra un infierno abrasador de átomos de Carbono y Oxígeno fundiéndose entre sí proporcionando los últimos coletazos de energía a Alpha Orionis antes de que esta explote.
 

Recreación artística de Betelgeuse y el material expulsado de su fotosfera. La estrella es del tamaño de la órbita de Júpiter mientras que las capas externas de gas expulsadas alcanzarían la órbita de Neptuno. La imagen original procede del Observatorio Austral Europeo.

Recreación artística de Betelgeuse y el material expulsado de su fotosfera. La estrella es del tamaño de la órbita de Júpiter mientras que las capas externas de gas expulsadas alcanzarían la órbita de Neptuno.


 

Fotografías estelares

Entre todas las estrellas de la galaxia tan solo el Sol, Betelgeuse, Altair y R Doradus tienen un tamaño aparente lo suficientemente grande como para que puedan ser fotografiadas.

Altair en rotación

Altair en rotación

Altair en la constelación del Águila, a tan solo 17 años luz de nosotros es la más pequeña de las estrellas fotografiadas con un tamaño de unas dos veces nuestro Sol que tiene la peculiaridad de encontrarse en rapidísima rotación, tanto que su forma es alargada por el ecuador y achatada por los polos. R Doradus, una estrella tan solo visible desde el hemisferio Sur en la constelación del Dorado es la estrella que por detrás del Sol tiene un mayor tamaño aparente.
 
Enlaces:
Betelgeuse (artículo de la wikipedia).
Las llamaradas de Betelgeuse (comunicado de prensa del Observatorio Austral Europeo).
La estrella Betelgeuse, El País, 23/06/2011.