Hubble observa directamente un planeta orbitando Fomalhaut [heic0821]

Sci
Traducción al español por Ciencia Kanija
17/11/08

El Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA ha tomado la primera fotografía en luz visible de un planeta orbitando otra estrella.

Estimado en no más de tres veces la masa de Júpiter, el planeta, conocido como Fomalhaut b, orbita la brillante estrella del sur Fomalhaut, situada a 25 años luz de distancia en la constelación de Piscis Austrinus (el Pez del Sur).

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Fomalhaut ha sido un candidato para la búsqueda de planetas desde que se descubrió un exceso de polvo alrededor de la estrella a principios de la década de 1980 por parte del Satélite de Astronomía Infrarroja de Estados Unidos, Reino Unido y Holanda (IRAS).

En 2004, el coronógrafo de la Cámara de Alta Resolución de a bordo de la Cámara Avanzada para Investigaciones de Hubble produjo la primera imagen en luz visible de un gran cinturón de polvo alrededor de Fomalhaut. Mostraba claramente que esta estructura es de hecho un anillo de restos protoplanetarios de aproximadamente 34,5 mil millones de kilómetros de diámetro con un borde interior definido.

Este gran disco de escombros es similar al Cinturón de Kuiper, el cual rodea al Sistema Solar y contiene una variedad de cuerpos helados, desde granos de polvo a objetos del tamaño de planetas enanos, tales como Plutón.

El astrónomos de Hubble Paul Kalas de la Universidad de California en Berkeley (Estados Unidos) y los miembros de su equipos, propusieron en 2005 que el anillo estaba siendo modificado gravitatoriamente por un planeta que estaba entre la estrella y el borde interior del anillo. Las pruebas circunstanciales llegaron con la confirmación de Hubble de que el anillo estaba desplazado del centro de la estrella. El definido borde interior del anillo también es consistente con la presencia de un planeta que guía gravitatoriamente partículas del anillo. Investigadores independientes han llegado posteriormente a conclusiones similares.

Ahora, Hubble ha fotografiado verdaderamente un punto de luz con su origen a 3000 millones de kilómetros en el interior del borde interior del anillo. Se informa de los resultados en el ejemplar del 14 de noviembre de la revista Science.

“Nuestras observaciones de Hubble fueron increíblemente exigentes. Fomalhaut b es mil millones de veces más tenue que la estrella. Empezamos este programa en 2001, y nuestra persistencia finalmente ha tenido recompensa”, dice Kalas.

“Fomalhaut es el regalo que esperábamos recibir. Tras el inesperado descubrimiento de su anillo de polvo, ahora hemos encontrado un exoplaneta en una posición sugerida por el análisis de la forma del anillo de polvo. La lección para los cazaplanetas es ‘sigue el polvo’”, dice el miembro del equipo Mark Clampin del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.

Las observaciones tomadas con una separación de 21 meses por el coronógrafo de la Cámara Avanzada de Investigaciones de Hubble demuestran que el objeto se mueve a lo largo de una ruta alrededor de la estrella, y por tanto está gravitatoriamente ligado a ella. El planeta está a 10 mil millones de kilómetros de la estrella, o aproximadamente 10 veces la distancia de Saturno al Sol.

El límite de masa superior del planeta está restringido por la apariencia del anillo de Fomalhaut. Si el planeta fuese mucho más masivo, distorsionaría el anillo, y el efecto sería observable en la estructura del anillo.

“El equipo científico necesitó cuatro meses de análisis y modelado teórico para determinar que Fomalhaut b podría no ser más masivo de tres veces la masa de Júpiter. Cualquier cosa más masiva que eso tendría una gravedad que destruiría el vasto cinturón de polvo que rodea la estrella”, dice Kalas.

Numerosas simulaciones por ordenador demuestran que los discos circumestelares se verán modificados gravitatoriamente por el tirón de uno o más planetas invisibles. El anillo de Fomalhaut tiene un borde interior definido que está probablemente moldeado por la influencia gravitatoria de un planeta. El anillo interior de nuestro Cinturón de Kuiper está moldeado de una forma similar por la influencia de Neptuno.

El planeta es más brillante de lo esperado para un objeto de tres veces la masa de Júpiter. Una posibilidad es que tenga un enorme anillo de hielo y polvo similar al de Saturno que refleje la luz de la estrella. El anillo podría finalmente agruparse para formar lunas. El tamaño estimado del anillo es comparable a la región alrededor de Júpiter que está rellena con las órbitas de los cuatro satélites mayores.

Debido a que el sistema de Fomalhaut tiene sólo 200 millones de años de antigüedad, el planeta debería ser un objeto infrarrojo. Esto es debido a que aún está enfriándose a través de la contracción gravitatoria. No obstante, las observaciones con telescopios terrestres en longitudes de onda infrarrojas no han detectado aún el planeta. Esto también fija un límite superior a su masa dado que cuanto mayor es el planeta más caliente y brillante sería.

Kalas y su equipo usaron por primera vez Hubble para fotografiar Fomalhaut en 2004, e hizo un descubrimiento inesperado de su disco de restos, el cual dispersa la luz estelar de Fomalhaut. En ese momento notaron unas pocas fuentes brillantes en la imagen como planetas candidatos. Posteriores imágenes en 2006 mostraron que uno de los objetos se movía a través del espacio con Fomalhaut, pero cambió su posición relativa al anillo con respecto a la exposición de 2004. La cantidad de desplazamiento entre las dos exposiciones corresponden a la órbita de 872 años calculadas a partir de las Leyes de Kepler del movimiento planetario.

Fomalhaut se mueve a lo largo del cielo a 0,425 arcosegundos cada año, lo cual es el movimiento aparente de una moneda de un euro vista a 12 kilómetros de distancia.

El planeta se atenuó misteriosamente en un factor de 1,5 entre las observaciones de 2004 y 2006. Esto podría significar que tiene una atmósfera externa caliente alimentada por células de convección burbujeantes en los planetas jóvenes. O, podría proceder del gas caliente en el límite interno de un anillo alrededor del planeta.

El planeta puede haberse formado en su posición en un disco circumestelar primordial mediante barrido gravitatorio del gas restante. O podría haber emigrado hacia fuera a través de una serie de carambolas gravitatorias, donde intercambió momento con cuerpos planetarios menores. Se piensa comúnmente que los planetas Urano y Neptuno emigraron a sus órbitas actuales tras formarse más cerca del Sol y luego interactuar gravitatoriamente con cuerpos menores.

Fomalhaut es mucho más caliente que nuestro Sol, y es 16 veces más brillante. Esto significa que un sistema planetario podría escalarse en tamaño con una característica de Cinturón de Kuiper proporcionalmente mayor y órbitas planetarias escaladas. Por ejemplo, la línea de hielo en nuestro Sistema Solar – la distancia a la que el hielo y otros elementos volátiles no se evaporan – es aproximadamente de 800 millones de kilómetros. Pero para la más caliente Fomalhaut, la línea del hielo está aproximadamente a 3000 millones de kilómetros de la estrella.

Fomalhaut está quemando hidrógeno a un furioso índice a través de fusión nuclear que se agotará en mil millones de años, que es una décima parte del tiempo de vida de nuestro Sol. Esto significa que hay menos oportunidades para que la vida avanzada evolucione en alguno de los mundos habitables que pueda tener la estrella.

Futuras observaciones intentarán ver el planeta en luz infrarroja y buscará pruebas de nubes de vapor de agua en la atmósfera. Esto arrojaría pistas sobre la evolución de un planeta comparativamente recién nacido de apenas 100 millones de años. Las medidas astrométricas de la órbita del plantea proporcionarán suficiente precisión para dar una masa precisa.

El Telescopio Espacial James Webb (JWST) de NASA/ESA/CSA, preparado para su lanzamiento por la ESA en 2013, será capaz de hacer observaciones coronográficas de Fomalhaut en el rango del infrarrojo medio y cercano. JWST será capaz de buscar otros planetas en el sistema y estudiar la región interior del anillo de polvo para estructuras tales como un cinturón de asteroides interno.