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Realizan imágenes directas de un exoplaneta similar a Júpiter

Los científicos han utilizado una técnica llamada astrometría para obtener imágenes directas de uno de los planetas de menor masa, AF Lep b, que orbita una joven estrella similar al Sol. Este método podría revolucionar la forma en que descubrimos planetas extrasolares, especialmente aquellos que son difíciles de detectar debido a su distancia, masa u orientación relativa a la Tierra.

Los astrónomos que utilizan el Observatorio WM Keck en Maunakea, isla de Hawai, han descubierto uno de los planetas de menor masa cuyas imágenes han sido capturadas directamente. No solo pudieron medir su masa, sino que también pudieron determinar que su órbita es similar a los planetas gigantes de nuestro propio sistema solar.

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El planeta, llamado AF Lep b, es uno de los primeros descubiertos utilizando una técnica llamada astrometría; Este método mide los movimientos sutiles de una estrella anfitriona durante muchos años para ayudar a los astrónomos a determinar si los compañeros en órbita difíciles de ver, incluidos los planetas, están tirando gravitacionalmente de ella.


Esta imagen directa capturada con el telescopio Keck II de AF Lep b, un planeta extrasolar que tiene una masa y órbita similar a Júpiter. Crédito: Universidad de Texas en Austin / Observatorio WM Keck

El estudio, dirigido por el estudiante graduado de astronomía Kyle Franson en la Universidad de Texas en Austin (UT Austin), se publica en Astrophysical Journal Letters.

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“Cuando procesamos las observaciones utilizando el telescopio Keck II en tiempo real para eliminar cuidadosamente el resplandor de la estrella, el planeta apareció inmediatamente y se hizo cada vez más evidente cuanto más tiempo observamos”, dijo Franson.

Las imágenes directas que capturó el equipo de Franson revelaron que AF Lep b tiene aproximadamente tres veces la masa de Júpiter y orbita AF Leporis, una joven estrella similar al Sol a unos 87,5 años luz de distancia. Tomaron una serie de imágenes profundas del planeta a partir de diciembre de 2021; Otros dos equipos también capturaron imágenes del mismo planeta desde entonces.

“Esta es la primera vez que este método se ha utilizado para encontrar un planeta gigante orbitando un joven análogo del Sol”, dijo Brendan Bowler, profesor asistente de astronomía en UT Austin y autor principal del estudio. “Esto abre la puerta al uso de este enfoque como una nueva herramienta para el descubrimiento de exoplanetas”.


El movimiento del planeta extrasolar AF Lep b (mancha blanca alrededor de las 10 en punto) alrededor de su estrella anfitriona (centro) se puede ver en estas dos imágenes tomadas en diciembre de 2021 y febrero de 2023. Las imágenes fueron recolectadas usando el telescopio de 10 metros del Observatorio WM Keck en Hawai. Crédito: Kyle Franson, Universidad de Texas en Austin / Observatorio WM Keck

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A pesar de tener una masa mucho más pequeña que su estrella anfitriona, un planeta en órbita hace que la posición de una estrella se tambalee ligeramente alrededor del centro de masa del sistema planetario. La astrometría utiliza este cambio en la posición de una estrella en el cielo en relación con otras estrellas para inferir la existencia de planetas en órbita. Franson y Bowler identificaron la estrella AF Leporis como una que podría albergar un planeta, dada la forma en que se había movido durante 25 años de observaciones de los satélites Hipparcos y Gaia.

Para obtener imágenes directas del planeta, el equipo de UT Austin utilizó el sistema de óptica adaptativa del Observatorio Keck, que corrige las fluctuaciones causadas por la turbulencia en la atmósfera de la Tierra, junto con el coronógrafo de vórtice vectorial 2 del telescopio Keck II (NIRC2), que suprime la luz de la estrella anfitriona para que el planeta pueda verse con mayor claridad. AF Lep b es aproximadamente 10.000 veces más débil que su estrella anfitriona y se encuentra aproximadamente 8 veces la distancia Tierra-Sol.


Este gráfico muestra las masas y distancias orbitales de todos los planetas extrasolares que han sido fotografiados directamente hasta ahora. Los astrónomos han confirmado las masas de cinco (marcadas con estrellas) y estimaron el resto (puntos). El planeta recién fotografiado, AF Lep b (estrella amarilla), tiene una masa y una órbita que lo convierten en uno de los planetas extrasolares más parecidos a Júpiter fotografiados hasta ahora. Crédito: Brendan Bowler, Universidad de Texas en Austin

“Obtener imágenes de planetas es un desafío”, dijo Franson. “Solo tenemos unos 15 ejemplos, y creemos que este nuevo enfoque ‘dinámicamente informado’ hecho posible por el telescopio Keck II y las imágenes de óptica adaptativa NIRC2 será mucho más eficiente en comparación con las encuestas ciegas que se han llevado a cabo durante las últimas dos décadas”.

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Las dos formas más comunes de encontrar planetas extrasolares implican observar un ligero oscurecimiento periódico de la luz de las estrellas si un planeta pasa regularmente frente a la estrella, como una polilla en espiral alrededor de la luz de un porche, y medir los cambios diminutos en las frecuencias de la luz de las estrellas que resultan del planeta tirando de la estrella hacia adelante y hacia atrás a lo largo de la dirección a la Tierra. Ambos métodos tienden a funcionar mejor con planetas grandes que orbitan cerca de sus estrellas anfitrionas, y ambos métodos son indirectos: no vemos el planeta, solo vemos cómo influye en la estrella.

El método de combinar imágenes directas con astrometría podría ayudar a los astrónomos a encontrar planetas extrasolares que antes eran difíciles de encontrar con otros métodos porque estaban demasiado lejos de su estrella anfitriona, tenían una masa demasiado baja o no tenían órbitas que fueran de canto como se ve desde la Tierra. Otro beneficio de esta técnica es que permite a los astrónomos medir directamente la masa de un planeta, lo cual es difícil con otros métodos a grandes distancias orbitales.Bowler dijo que el equipo planea continuar estudiando AF Lep b.

“Este será un excelente objetivo para caracterizar aún más con el Telescopio Espacial James Webb y la próxima generación de grandes telescopios terrestres como el Telescopio Gigante de Magallanes y el Telescopio de Treinta Metros”, dijo Bowler. “Ya estamos planeando esfuerzos de seguimiento más sensibles en longitudes de onda más largas para estudiar las propiedades físicas y la química atmosférica de este planeta”.

Referencia: “Astrometric Accelerations as Dynamical Beacons: A Giant Planet Imaged inside the Debris Disk of the Young Star AF Lep” por Kyle Franson, Brendan P. Bowler, Yifan Zhou, Tim D. Pearce, Daniella C. Bardalez Gagliuffi, Lauren I. Biddle, Timothy D. Brandt, Justin R. Crepp, Trent J. Dupuy, Jacqueline Faherty, Rebecca Jensen-Clem, Marvin Morgan, Aniket Sanghi, Christopher A. Theissen, Quang H. Tran y Trevor N. Wolf, 22 de junio de 2023, Astrophysical Journal Letters.DOI: 10.3847/2041-8213/acd6f6

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