Revista planetas extrasolares by Enrique Cortes

¿Usted no sabía?

¿Usted no sabía? ¿Que son los planetas extrasolares?

Contenido Contenido ............................................................................................................................................................................................... 1 Editorial ................................................................................................................................................................................................ 2 ÂżQue son los planetas extrasolares? .......................................................................................................................... 3 Descubrimientos actuales .................................................................................................................................................... 4 Planeta confirmado .................................................................................................................................................................. 5 Antecedentes .................................................................................................................................................................................6 Hallazgos confirmados ...........................................................................................................................................................7 metodos de deteccion ................................................................................................................................................................9 Velocidades radiales .................................................................................................................................................................9 Astrometria.................................................................................................................................................................................. 10 Transitos......................................................................................................................................................................................... 11 Variacion en el tiempo de transito(VTT) ...................................................................................................................... 12 Binaria eclipsante .....................................................................................................................................................................14 Microlentes gravitacionales.............................................................................................................................................14 Perturbaciones gravitacionales en discos de polvo. ..........................................................................................14 Caracteristicas de las estrellas que albergan planetas ............................................................................. 15

Editorial En este número de revista hablamos sobre los planetas extrasolares o también llamados exoplanetas. Los métodos de detección y los grandes hallazgos que a lo largo del tiempo han sido encontrados.

Atentamente Luis Enrique Cortés González Director General

¿Que son los planetas extrasolares?

denomina planeta extrasolar o exoplaneta a un planeta que orbita una estrella diferente al Sol y que, por lo tanto, no pertenece al sistema solar. Los planetas extrasolares se convirtieron en objeto de investigación científica en el siglo XX. Muchos astrónomos suponían su existencia, pero carecían de medios para identificarlos. La

primera detección confirmada se hizo en 1992, con el descubrimiento de varios planetas de masa terrestre orbitando el púlsar Lich. La primera detección confirmada de un planeta extrasolar orbitando alrededor de una estrella de la secuencia principal (Dimidio), se hizo en 1995 por los astrónomos Michel Mayor y Didier Queloz. Desde entonces el

número de hallazgos ha crecido año tras año. Se han descubierto 2748 sistemas planetarios que contienen un total de 3668 cuerpos planetarios, 6163 de estos sistemas son múltiples y 125 de estos planetas están por encima de las 13 MJ (1 MJ es la masa de Júpiter) por lo que muy probablemente sean enanas marrones.

Descubrimientos actuales

a mayoría de planetas extrasolares conocidos son gigantes gaseosos igual o más masivos que el planeta Júpiter, con órbitas muy cercanas a su estrella y períodos orbitales muy cortos, también conocidos como júpiteres calientes. Sin embargo, se cree que ello es resultado de sesgo de información creado por los métodos actuales de detección, que encuentran más fácilmente a planetas de este tamaño que a planetas terrestres más pequeños. Con todo, exoplanetas comparables al nuestro empiezan a ser detectados, conforme las capacidades de detección y el tiempo de estudio aumentan. El primer sistema extrasolar descubierto con más de un planeta fue Upsilon Andromedae . De acuerdo con la actual definición de "planeta", un planeta tiene que orbitar una estrella. Sin embargo, se considera posible la existencia de cuerpos planetarios no ligados a la gravedad de ninguna estrella. Tales cuerpos habrían sido expulsados del sistema en el que se formaron y en la literatura

científica se los denomina frecuentemente como planetas errantes o planetas interestelares. La NASA adelantó en junio de 2010 que la Sonda Kepler, puesta en órbita en marzo de 2009, detectó indicios de 706 exoplanetas nuevos en sus primeros 43 días de funcionamiento, 400 de los cuales tienen dimensiones entre las de Neptuno y la Tierra. Los resultados oficiales de esta misión serán publicados en febrero de 2011,67 pero los resultados provisionales indican que al menos 60 de los planetas detectados tendrán un tamaño similar al de la Tierra (el doble del tamaño terrestre, o menos).

Planeta confirmado El exoplaneta confirmado más similar a la Tierra descubierto orbitando dentro de la zona habitable es, hasta enero de 2015, Kepler-438b, con un índice de similitud con la Tierra del 88 %. KOI-4878.01, un candidato a planeta, posee un IST mayor (98 %).9 De confirmarse su presencia, sería un posible análogo a la Tierra.

El 12 de enero de 2012, la revista Nature publica un artículo desarrollado por científicos internacionales donde utilizando el método de microlentes gravitacionales se asegura que toda estrella de la Vía Láctea debe poseer entre 0,71 y 2,32 planetas orbitando.

Antecedentes No confirmados hasta 1992, los planetas extrasolares han sido desde hace mucho tiempo un tema de discusión y especulación. En el siglo XVI, el filósofo italiano Giordano Bruno, uno de los primeros partidarios de la teoría de Copérnico de que la Tierra y los otros planetas orbitan al Sol, presentó la opinión de que las estrellas fijas son similares al Sol y que también son acompañadas por sus propios planetas. En el siglo XVIII la misma posibilidad fue mencionada por Isaac Newton en el ensayo "Escolio General", que incluía en su Principia. Haciendo una comparación con los planetas del Sol, escribió "Y si las estrellas fijas son los centros de sistemas similares, todos ellos se construirán de acuerdo con un diseño similar y con sujeción al dominio de Uno. Las alegaciones de detecciones de exoplanetas se han hecho desde el siglo XIX. Algunas de las primeras involucran a la estrella binaria 70 Ophiuchi. En 1855 el capitán W. S. Jacob en el Observatorio de Madrás de la Compañía Británica de las Indias Orientales reportó que las anomalías orbitales hacían "muy probable" que existiera un "cuerpo planetario" en este sistema. En la década de 1890, Thomas J. J. See, de la Universidad de Chicago y el Observatorio Naval de los Estados Unidos, declaró que las anomalías orbitales probaban la existencia de un cuerpo oscuro en el sistema de 70 Ophiuchi con un período orbital de 36 años alrededor de una de las estrellas. Sin embargo, Forest Ray Moulton publicó luego un documento que demostraba que un sistema de tres cuerpos con esos parámetros orbitales sería altamente inestable. Durante los años 1950 y 1960, Peter van de Kamp, del Swarthmore College, hizo otra serie importante de alegaciones de detección, esta vez por planetas que orbitan la estrella Barnard. Actualmente los astrónomos refieren en general que todos los informes iniciales de detección eran erróneos. En 1991, Andrew Lyne, M. Bailes y S. L. Shemar afirmó haber descubierto un planeta púlsar en órbita alrededor de PSR 1829-10, usando el métodos de la variaciones de un púlsar. La alegación recibió brevemente una intensa atención, pero Lyne y su equipo pronto se retractaron.

Hallazgos confirmados Aleksander Wolszczan, un astrónomo polaco anunció en 1992 el descubrimiento de 3 objetos sub-estelares de baja masa orbitando el púlsar PSR B1257+12. Estos fueron los primeros planetas extrasolares descubiertos y el anuncio fue toda una sorpresa. Se cree que estos planetas se formaron de los restos de la explosión de la supernova que produjo el púlsar. Los primeros planetas extrasolares alrededor de estrellas de la secuencia principal fueron descubiertos en la década de 1990, en una dura competición entre equipos suizos y norteamericanos. El primer planeta extrasolar fue anunciado por Michel Mayor y Didier Queloz, del grupo suizo, el 6 de octubre de 1995. La estrella principal era 51 Pegasi y se dio en llamar al planeta 51 Pegasi b. Unos meses más tarde el equipo americano, liderado por Geoffrey Marcy de la Universidad de California anunció el descubrimiento de 2 nuevos planetas. La carrera por encontrar nuevos planetas no había hecho más que empezar. Numerosos anuncios en prensa y televisión han divulgado algunos de estos descubrimientos, considerados en su conjunto como una de las revoluciones de la astronomía a finales del siglo XX.

En la actualidad existen numerosos proyectos de las agencias espaciales NASA y ESA desarrollando misiones capaces de detectar y caracterizar la abundancia 7

de planetas, así como de detectar planetas de tipo terrestre (el primero descubierto hasta la fecha: Gliese 876 d). Las dos misiones más importantes hasta el momento son la misión europea Corot, y la misión norteamericana Kepler, ambas utilizando el sistema de tránsitos. Las ambiciosas misiones Darwin (ESA) y TPF (NASA), ya canceladas, habrían sido capaces de analizar las atmósferas de estos planetas terrestres, pudiendo detectar vida extraterrestre mediante el análisis espectral de estas atmósferas. Estos datos habrían permitido abordar estadísticamente cuestiones profundas como la abundancia de sistemas planetarios parecidos al nuestro, o el tipo de estrellas en los que es más fácil que se formen planetas. Los esfuerzos de ambas agencias se centran ahora en telescopios terrestres de grandes dimensiones, como el E-ELT y el GMT, con capacidades menores y similar costo pero con una vida útil muy superior. Para diciembre de 2014, las observaciones del telescopio Kepler habían encontrado más de 4000 exoplanetas, 997 confirmados y 3216 pendientes de confirmación. Partiendo de los datos de la misión, los astrónomos han estimado la existencia de 40.000 millones de planetas del tamaño de la Tierra orbitando sus estrellas en la zona de habitabilidad (de ellos, 11.000 millones en torno a estrellas similares al Sol). Estas cifras suponen que el exoplaneta habitable más cercano podría estar a tan sólo 12 años luz de distancia. Hasta la fecha, los exoplanetas confirmados con mayor índice de similitud con la Tierra son Kepler-296e (93 %) y Kepler-395c (91 %). Existe un candidato con mayor puntuación, KOI-4878.01 (98 %), aún pendiente de confirmación.

metodos de deteccion Los planetas son fuentes de luz muy tenue en comparación con sus estrellas. En longitudes de onda visibles, por lo general tienen menos de una millonésima del brillo de su estrella madre. Es sumamente difícil detectar este tipo de fuente de luz tenue, y, además, la estrella madre tiene una luz deslumbrante que casi lo hace imposible. Por las razones expuestas, los telescopios han fotografiado directamente no más de una decena de exoplanetas. Esto sólo ha sido posible para planetas que son especialmente grandes (por lo general mucho más grande que Júpiter) y muy distantes de su estrella madre. La mayoría de los planetas con imágenes directas también son muy calientes, por lo que emiten una intensa radiación infrarroja, entonces las imágenes han sido hechas en infrarrojos en vez de longitudes de onda visibles, con el fin de reducir el problema del resplandor de la estrella madre. Por el momento, sin embargo, la gran mayoría de los planetas extrasolares conocidos solo han sido detectados a través de métodos indirectos. Los siguientes son los métodos indirectos que han demostrado ser útiles:

Velocidades radiales Este método se basa en el efecto doppler. El planeta, al orbitar la estrella central, ejerce también una fuerza gravitacional sobre ésta de manera que la estrella gira sobre el centro de masa común del sistema. Las oscilaciones de la estrella pueden detectarse mediante leves cambios en las líneas espectrales según la estrella se acerca a nosotros (corrimiento hacia el azul) o se aleja (corrimiento al rojo). Este método ha sido el más exitoso en la búsqueda de nuevos planetas, pero sólo es eficaz en los planetas gigantes más cercanos a la estrella principal, por lo que sólo puede detectar una leve fracción de los planetas existentes.

Astrometria Dado que la estrella gira sobre el centro de masa se puede intentar registrar las variaciones de posición y el oscilar de la estrella. A pesar de que estas variaciones son muy pequeñas.

En 2002, el Telescopio espacial Hubble tuvo éxito en el uso de astrometría para caracterizar un planeta descubierto previamente alrededor de la estrella Gliese 876.

Transitos Consiste en observar fotométricamente la estrella y detectar sutiles cambios en la intensidad de su luz cuando un planeta orbita por delante de ella. El método de tránsitos, junto con el de la velocidad radial, pueden utilizarse para caracterizar mejor la atmósfera de un planeta, como en los casos de HD209458b38 y los planetas OGLETR-40 y OGLE-TR-10. Este método, al igual que el de la velocidad radial, encuentra de forma más eficiente planetas de gran volumen, pero tiene la ventaja de que la cercanía del planeta a la estrella no es relevante, por lo que el espectro de planetas que puede detectar aumenta considerablemente. Los avances tecnológicos en fotometría24 han permitido que la sonda Kepler, lanzada en 2009 con un coste de operación estimado en 600 millones de dólares, tenga sensibilidad suficiente como para detectar planetas del tamaño de la Tierra, hecho que sucedió a finales de 2011 con el descubrimiento de Kepler-20e y Kepler-20f. Se espera que la misión culmine en 2016.

Variacion en el tiempo de transito(VTT) VTT es una variación sobre el método del tránsito, donde los cambios en el tránsito de un planeta pueden ser utilizados para detectar otro. El primer candidato planetario descubierto de esta manera es el exoplaneta WASP3c, utilizando WASP-3b en el sistema de WASP-3 en el Observatorio Rozhen, el Observatorio de Jena y el Centro de Torun de Astronomía. Este nuevo método es potencialmente capaz de detectar planetas como la Tierra o exolunas. Este método fue aplicado con éxito para confirmar las masas de los seis planetas de Kepler11. Medida de pulsos de radio de un púlsar Un pulsar (es el pequeño remanente, ultradenso de una estrella que ha explotado como una supernova) emite ondas de radio muy regularmente a medida que gira. Leves anomalías en el momento de sus pulsos de radio que se observan pueden ser utilizadas para rastrear los cambios en el movimiento del pulsar causado por la presencia de planetas.

Binaria eclipsante Si un planeta tiene una órbita de gran tamaño que la lleva alrededor de dos miembros de un sistema de estrella doble eclipsantes, entonces el planeta se puede detectar a través de pequeñas variaciones en el momento de los eclipses de las estrellas entre sí. Los planetas Kepler-16b, Kepler-34b, y Kepler-35b son planetas circumbinarios detectados por este método.

Microlentes gravitacionales El efecto de lente gravitacional ocurre cuando los campos de gravedad del planeta y la estrella actúan para aumentar o focalizar la luz de una estrella distante. Para que el método funcione, los tres objetos tienen que estar casi perfectamente alineados. El principal defecto de este método es que las posibles detecciones no son repetibles por lo que el planeta así descubierto debería ser estudiado adicionalmente por alguno de los métodos anteriores. Esta estrategia tuvo éxito en la detección del primer planeta de masa baja en una órbita

ancha, designado OGLE-2005-BLG390Lb.

Perturbaciones gravitacionales en discos de polvo. En estrellas jóvenes con discos circunestelares de polvo a su alrededor es posible detectar irregularidades en la distribución de material en el disco circunestelar ocasionadas por la interacción gravitatoria con un planeta. Se trata de un mecanismo similar al que actúa en el caso de los satélites pastores de Saturno. De este modo ha sido posible inferir la presencia de un planeta orbitando la estrella Beta pictoris y de otro planeta orbitando la estrella Fomalhaut (HD 216956). En estrellas aún más jóvenes la presencia de un planeta gigante en formación sería detectable a partir del hueco de material gaseoso que dejaría en el disco de acrecimiento.

Caracteristicas de las estrellas que albergan planetas La mayoría de los exoplanetas conocidos orbitan estrellas más o menos similares a nuestro Sol, es decir, estrellas de secuencia principal de categorías espectrales F, G o K. Una razón es simplemente que los programas de búsqueda de planetas han tendido a concentrarse en tales estrellas. Pero incluso después de tomar esto en cuenta, el análisis estadístico indica que las estrellas de menor masa (enana roja, de categoría estelar M) son menos propensas a tener planetas o tienen planetas que son ellos mismos de menor masa y por lo tanto más difíciles de detectar. Estrellas de la categoría estelar A típicamente giran muy rápidamente, lo que hace que sea muy difícil de medir los pequeños desplazamientos Doppler inducidos por planetas en órbita, ya que las líneas espectrales son muy amplias. Sin embargo, este tipo de estrella masiva eventualmente se convierte en una gigante roja más fría que gira más lentamente y por lo tanto puede ser medido utilizando el método de la velocidad radial. A principios de 2011 se habían encontrado unos 30 planetas del tipo de Júpiter alrededor de estrellas K-

gigantes como Pólux, Gamma Cephei y Iota Draconis. Estudios Doppler en torno a una gran variedad de estrellas indican que aproximadamente 1 de cada 6 estrellas que tienen el doble de la masa del Sol son orbitadas por alrededor de uno o más planetas del tamaño de Júpiter, frente a 1 en 16 para estrellas similares al Sol, y sólo 1 en 50 para la clase M de enanas rojas. Por otra parte, las búsquedas de micro-lentes indican que los planetas del tipo Neptuno masivos de largo período se encuentran alrededor de 1 de cada 3 enanas M. Observaciones recientes del Telescopio Espacial Spitzer indican que las estrellas de categoría estelar O, que son mucho más calientes que nuestro Sol, producen un efecto de foto-evaporación que inhibe la formación planetaria. Las estrellas están compuestas principalmente de elementos ligeros como el hidrógeno y el helio. También contienen una pequeña fracción de elementos más pesados como el hierro, y esta fracción se refiere a la metalicidad de una estrella. Estrellas de más alta metalicidad son mucho más propensas a tener planetas y los planetas que tienen, tienden a ser más masivos que las de estrellas de menor metalicidad. El descubrimiento de planetas extrasolares ha intensificado el interés en la posibilidad de la vida extraterrestre.