Un planeta de otra galaxia Understand article

Traducido por José Luis García Herrero. Por si los planetas que se encuentran fuera del sistema solar no fueran lo suficientemente interesantes, los astrónomos han descubierto recientemente un planeta que orbita una estrella fuera de nuestra galaxia. Johny Setiawan.

Impresión artística del
exoplaneta alrededor de la
estrella HIP 13044

Imagen cortesía de Timotheos
Samartzidis

Hace dos décadas que los astrónomos saben que existen planetas más allá del sistema solar (Wolszczan & Frail, 1992). Orbitan otras estrellas, y se conocen como planetas extrasolares o exoplanetas. Hasta ahora, se han descubierto más de 500, la mayoría de los cuales presentan órbitas con características similares a las del Sol (como se describe en Jørgensen, 2006). En particular, más del 90% de las estrellas que albergan exoplanetas se encuentran en la misma fase evolutiva que el Sol – la fase de secuencia principal, durante la cual las estrellas queman hidrógeno (ver imagen inferior).

Estrellas como nuestro Sol pasan la mayoría de su vida en la secuencia principal, quemando lentamente su combustible nuclear primario, hidrógeno, y transformándolo en helio, un elemento más pesado. Esta es la fase en la que se encuentra el Sol.

Después de varios miles de millones de años, las estrellas se quedan prácticamente sin combustible y comienzan a expandirse, alejando las capas más exteriores de lo que se ha convertido e un núcleo muy pequeño y caliente. Estas estrellas de “edad media” se hacen enormes, y se tornan frías y rojas, conociéndose como gigantes rojas.

Después de la fase de gigante roja, las estrella entra en una fase de rama horizontal, en la que la fuente de energía es la fusión de helio en el núcleo, y la fusión de hidrógeno en el caparazón que rodea al núcleo. Esta es la fase en la que se encuentra ahora la estrella HIP 13044.

Al contrario que las estrellas mucho más masivas, estas estrellas similares al sol no llegan a su final con una violenta explosión, sino que mueren plácidamente como nebulosas planetarias, expulsando todo su contenido excepto un remanente minúsculo, denominado enana blanca.

Si quieres saber más sobre evolución estelar, consulta Boffin & Pierce-Price, 2007 (estrellas pequeñas), Székely & Benedekfi, 2007 (estrellas masivas) y el sitio webw1 Langton Star Centre
Imagen cortesía de ESO / S Steinhöfel

Sin embargo, nuestro grupo de investigación del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, se concentra en la búsqueda de planetas que orbitan estrellas que no se encuentran en la fase principal, sino en fases evolutivas posteriores, incluyendo la fase de gigante roja, durante la que las estrellas se expanden hasta cientos de veces su diámetro original. La detección de planetas alrededor de estas estrellas es importante para el estudio de la evolución de sistemas planetarios, lo que nos permite predecir el futuro de nuestro sistema solar.

Recientemente, nuestro equipo ha detectado con éxito un planeta alrededor de la estrella HIP 13044, que ha abandonado la fase de gigante roja.

Una estrella extragaláctica

La estrella HIP13044, situada a unos 2000 años luz del sistema solar en la constelación austral de Fornax (“el horno”), es significativamente diferente de otras estrellas conocidas que albergan planetas. Una de sus particularidades es que presenta una cantidad muy baja de hierro metálico; menos del 1% de la presente en el Sol. La alta presencia de metales (metalicidad estelar) es importante en el modelo de formación de planetas denominado acreción del núcleo: a mayor abundancia de metal en el sistema estelar, mayor probabilidad de formación de planetas. Dados estos bajos niveles de hierro, no era esperable encontrar un planeta alrededor de la estrella HIP 13044.

Sin embargo, lo que hace a esta estrella particularmente interesante es el hecho de que pertenece a un grupo de estrellas que cruzan nuestra galaxia, la Vía Láctea, y orbitan el centro de la galaxia con órbitas similares; un grupo como este se denomina corriente estelar. La corriente de Helmi, a la que pertenece la estrella HIP 13044, tiene su origen fuera de nuestra galaxia (Helmi et al., 1999). Se piensa que el tirón gravitacional de la Vía Láctea atrajo estas estrellas hacia nuestra galaxia.

Esta es la primera vez que los astrónomos detectan un sistema planetario en una corriente estelar de origen extragaláctico. A causa de las enormes distancias involucradas, no se han confirmado detecciones de planetas en otras galaxias. Pero esta fusión cósmica ha acercado un planeta extragaláctico a nuestro alcance.

Detección de exoplanetas

Aunque la estrella HIP 13044 y su planeta HIP 13044b se encuentran ahora en la Vía Láctea, están a 2000 años luz de la Tierra. Mientras que la estrella se puede ver a través del telescopio, el planeta en sí es demasiado pequeño para poder observarlo directamente. Entonces, ¿cómo lo detectamos?

Por medio de una técnica conocida como velocidad radial, buscamos minúsculos bamboleos de la estrella causados por la influencia gravitacional de su planeta. Examinando las líneas espectrales de la estrella periódicamente, detectamos cambios (ver diagrama inferior) que indican variaciones en la velocidad de la estrella en la dirección de observación, lo cual puede revelar la presencia de un compañero no observado de baja masa, como un planeta. Aunque existen otras técnicas para detectar exoplanetas como las microlentes Jørgensen, 2006), el método de la velocidad radial se ha impuesto como el más útil. Para estas observaciones en concreto, utilizamos el espectrógrafo de alta resolución FEROS, acoplado al telescopio de 2.2 metros de MPG/ESO en las instalaciones del Observatorio Europeo Austral en La Sillas (Chile)w2. Este observatorio está equipado con instrumentos de tecnología punta para la detección de exoplanetas.

Técnica de la velocidad radial para la detección de exoplanetas. Si una estrella se encuentra suficientemente cerca de la Tierra, podemos detectar su luz, la cual contiene información sobre los elementos de su atmósfera, normalmente en forma de líneas espectrales (líneas negras en el espectro de colores, a la derecha) que se pueden detectar, por ejemplo, con un espectrógrafo de alta resolución.

En una estrella sin compañero, la posición de las líneas de su espectro no muestra ningún cambio periódico. Sin embargo, la presencia de un compañero de órbita, como un planeta (esfera azul) provoca un bamboleo en la estrella (esfera naranja). El movimiento de la estrella se muestra como una línea amarilla. Cuando la estrella (¡no el planeta!) se mueve hacia nosotros (hacia la derecha en el diagrama), el cambio en su velocidad radial es negativo (como se muestra en el gráfico superior). Cuando se aleja de nosotros (hacia la izquierda), el cambio en la velocidad radial es positivo. Esto se refleja en un cambio en la posición de las líneas espectrales: un cambio positivo en la velocidad radial corresponde a un desplazamiento hacia el rojo en el espectro; un cambio negativo corresponde a un desplazamiento hacia el azul. Estos cambios se utilizan para detectar la presencia de un compañero en órbita alrededor de la estrella. Haga clic sobre la imagen para ampliarla.
Imagen cortesía de Johny Setiawan

¿Observando nuestro futuro?

HIP 13044b es uno de los pocos exoplanetas conocidos que han sobrevivido la fase de gigante roja de su estrella, durante la cual la estrella se expande de forma masiva tras agotar todas las reservas de hidrógeno de su núcleo. Ahora la estrella HIP 13044 se ha contraído de nuevo y ha entrado la rama horizontal, quemando el helio de su núcleo. Este es el primer exoplaneta detectado alrededor de una estrella en rama horizontal. Por lo tanto, el descubrimiento del planeta HIP 13044b es particularmente intrigante si consideramos el futuro lejano de nuestro propio sistema planetario; el Sol ya se encuentra a mitad de camino de su vida y se espera que se convierta en una gigante roja dentro de unos cinco mil millones de años.

No solo es interesante la existencia de este nuevo planeta descubierto, sino también sus características. HIP 13044b presenta una masa de al menos 1,3 veces la de Júpiter, el planeta más grande del sistema solar, y orbita a una distancia de 0,12 veces la distancia entre el Sol y la Tierra (0,12 unidades astronómicas). Al encontrarse mucho más cerca de su estrella de lo que estamos nosotros del Sol, HIP 13044b completa la órbita alrededor de su estrella en sólo 16,2 días, en vez del año que le lleva a la Tierra. Una órbita tan pequeña es común en las estrellas que se encuentran en la secuencia principal, como el Sol, pero es poco común en estrellas que se encuentras en su fase evolutiva final, como las gigantes rojas.

Nuestro equipo planta la hipótesis de que la órbita del planeta podría haber sido mucho mayor inicialmente, pero que se desplazó hacia el interior durante la fase de gigante roja. Si el planeta se hubiera encontrado más cerca de la estrella, quizás no habría tenido tanta suerte: la estrella rota relativamente rápido para tratarse de una estrella en rama horizontal, y una explicación es que HIP 13044 devoró a sus planetas interiores durante la fase de gigante roja, lo que causaría que la estrella rotara más rápido Carlberg et al., 2009)

Aunque HIP 13044b ha podido librarse, por el momento, del destino de estos planetas interiores, la estrella se expandirá de nuevo en la próxima fase de su evolución y HIP 13044b podría ser engullido por su estrella. Esto podría predecir incluso la desaparición de nuestros planetas exteriores, como Júpiter, cuando el Sol se acerque al final de su vida.

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References

Web References

  • w1 – Langton Star Centre apoya a grupos de investigación de escolares involucrados en investigación científica puntera. Para conocer más sobre el ciclo de vida de las estrellas, puedes consultar los recursos de esta web: www.thelangtonstarcentre.org
  • Para conocer cómo la profesora de física Becky Parker estableció el Langton Star Centre, puedes consultar:
  • w2 – El Observatorio Europeo Austral (ESO) se encarga de construir y operar algunos de los telescopios astronómicos terrestres más avanzados del mundo. ESO es miembro de EIROforum, la editorial de Science in School. Para conocer más sobre ESO, visita: www.eso.org

Resources

Institution

ESO

Author(s)

Johny Setiawan estudió Física en la Universidad Albert Ludwig de Freiburg im Breisgau (Alemania), antes de obtener su doctorado en astronomía y astrofísica en 2003. Después trabajó en el Instituto de Astronomía Max Planck de Heidelberg (Alemania), donde su investigación se ha centra en planetas extrasolares de estrellas jóvenes y desarrolladas. En concreto, trabaja en el análisis de datos espectroscópicos de los espectrógrafos ópticos dedicados a los programas de búsqueda de planetas.


Review

Antes de leer este artículo, no sabía que nuestra galaxia, la Vía Láctea, alberga corrientes de estrellas de otras galaxias. Me encantó la historia del viaje galáctico de estos visitantes alienígenas y su exoplaneta.

De cara a la docencia, primero pensé en la gravedad: su fuerza, su universalidad y las enormes distancias a las que actúa. El artículo también podría ser de aplicación en otros temas de física, química, astronomía y ciencias de las Tierra: masa, efecto Doppler, espectroscopía (líneas de absorción y emisión), abundancia de metales en el Universo, atracción mutua de cuerpos celestes y acreción planetaria. También se podría usar como base para hablar sobre cosmología, la historia del sistema solar y la búsqueda de planetas similares a la Tierra y vida extraterrestre.

También se podría utilizar para hablar sobre cómo se trabaja en ciencia: cómo las hipótesis y las teorías comienzan a partir de nuevas observaciones y descubrimientos y se basan en logros científicos previos y técnicas establecidas con anterioridad, gracias a los científicos que están abiertos a nuevas posibilidades y puntos de vista que nunca antes se habían considerado.


Marco Nicolini, Italia



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