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Telescopios avanzados revelan mundos ocultos que orbitan estrellas brillantes

Los científicos han detectado señales de luz de compañeras tenues nunca antes vistas de ocho estrellas luminosas combinando datos de la misión Gaia de la ESA con el instrumento GRAVITY de ESO.


Ilustración de exoplanetas orbitando una estrella blanca.

¿Alguna vez has intentado tomar una fotografía de una luciérnaga junto a una farola brillante? Lo más probable es que todo lo que veas en tu instantánea sea el resplandor del poste de luz. Este es el mismo problema al que se enfrentan los astrónomos que persiguen estrellas o planetas pequeños y débiles junto a una estrella brillante. Son verdaderos mundos ocultos.


Para abordar el problema, un equipo internacional de astrónomos dirigido por Thomas Winterhalder, científico del Observatorio Europeo Austral (ESO) , empezó por buscar en el catálogo elaborado por Gaia , que enumera cientos de miles de estrellas que se sospecha que tienen una compañera. Aunque los objetos compañeros no son lo suficientemente brillantes como para que Gaia los vea directamente, su presencia provoca pequeñas oscilaciones en las trayectorias de las estrellas anfitrionas más luminosas (ver imagen a continuación), que solo Gaia puede medir.


En el catálogo de órbitas estelares de Gaia, el equipo identificó ocho estrellas a las que apuntará GRAVITY, el avanzado interferómetro de infrarrojo cercano del Very Large Telescope de ESO , en Cerro Paranal, Chile. GRAVITY combina luz infrarroja de diferentes telescopios para captar pequeños detalles en objetos débiles, en una técnica llamada interferometría.


La astrometría es el método que detecta el movimiento de una estrella realizando mediciones precisas de su posición en el cielo. Esta técnica también se puede utilizar para identificar planetas alrededor de una estrella midiendo pequeños cambios en la posición de la estrella mientras se tambalea alrededor del centro de masa del sistema planetario. Crédito: ESA

Descubrimientos revolucionarios

Gracias al ojo singularmente agudo y sensible de GRAVITY, el equipo captó la señal luminosa de los ocho compañeros predichos, siete de los cuales eran desconocidos anteriormente. Tres de las compañeras son estrellas muy pequeñas y débiles, mientras que las otras cinco son enanas marrones . Se trata de objetos celestes situados entre los planetas y las estrellas: más masivos que los planetas más pesados, pero más ligeros y débiles que las estrellas más ligeras.


Una de las enanas marrones detectadas en este estudio orbita su estrella anfitriona a la misma distancia que la Tierra del Sol. Esta es la primera vez que se puede capturar directamente una enana marrón tan cerca de su estrella anfitriona.


Impresión artística del satélite Gaia de la ESA observando la Vía Láctea. La imagen de fondo del cielo se ha elaborado a partir de datos de más de 1.800 millones de estrellas. Muestra el brillo total y el color de las estrellas observadas por Gaia publicadas como parte de la publicación temprana de datos 3 de Gaia (Gaia EDR3) en diciembre de 2020. Crédito: Nave espacial: ESA/ATG medialab; Vía Láctea: ESA/Gaia/DPAC; CC BY-SA 3.0 IGO. Reconocimiento: A. Moitinho

Colaboración mejorada en investigación espacial

"Hemos demostrado que es posible capturar una imagen de un compañero débil, incluso cuando orbita muy cerca de su brillante anfitrión", explica Thomas. “Este logro resalta la notable sinergia entre Gaia y GRAVITY. Sólo Gaia puede identificar sistemas tan estrechos que albergan una estrella y una compañera 'oculta', y luego la GRAVEDAD puede tomar el control para obtener imágenes del objeto más pequeño y más débil con una precisión sin precedentes ”.


En un estudio anterior , los astrónomos utilizaron datos de Gaia y un observatorio terrestre diferente para capturar la imagen de un exoplaneta gaseoso gigante . Este planeta orbita su estrella anfitriona a aproximadamente 17 veces la distancia de la Tierra al Sol, trazando un ángulo en el cielo considerablemente más amplio que la separación típica de los compañeros fotografiados por GRAVITY en este nuevo resultado.


Los pequeños compañeros inferidos de las observaciones de Gaia suelen encontrarse en pequeños ángulos de separación de unas pocas docenas de milisegundos de arco, aproximadamente del tamaño de una moneda de un euro vista desde una distancia de 100 kilómetros.


"En nuestras observaciones, los datos de Gaia actúan como una especie de señal", continúa Thomas. “La parte del cielo que podemos ver con GRAVITY es muy pequeña, por eso necesitamos saber dónde mirar. Las incomparables mediciones precisas de Gaia de los movimientos y posiciones de las estrellas son esenciales para apuntar nuestro instrumento en la dirección correcta en el cielo”.


Equipo soñado

La complementariedad de Gaia y GRAVITY va más allá del uso de los datos de Gaia para planificar observaciones de seguimiento y permitir detecciones. Combinando los dos conjuntos de datos, los científicos pudieron "pesar" los objetos celestes individuales por separado y diferenciar la masa de la estrella anfitriona y la de su compañera respectiva.


GRAVITY también midió el contraste entre la estrella compañera y anfitriona en una variedad de longitudes de onda en el infrarrojo. Combinado con las estimaciones de la masa, este conocimiento permitió al equipo evaluar la edad de los compañeros. Sorprendentemente, dos de las enanas marrones resultaron ser menos luminosas de lo que cabría esperar dado su tamaño y edad. Una posible explicación para esto podría ser que los propios enanos tienen un compañero aún más pequeño.


Buscando mundos ocultos



Habiendo demostrado el poder del conjunto Gaia-GRAVITY, los científicos ahora esperan rastrear posibles planetas compañeros de las estrellas enumeradas en el catálogo de Gaia.


“La capacidad de detectar los pequeños movimientos de pares cercanos en el cielo es exclusiva de la misión Gaia. El próximo catálogo, que estará disponible como parte de la cuarta publicación de datos (DR4), contendrá una colección aún más rica de estrellas con compañeras potencialmente más pequeñas”, comenta Johannes Sahlmann, científico de Gaia de la ESA. "Este resultado abre nuevos caminos en la búsqueda de planetas en nuestra galaxia y nos promete vislumbrar nuevos mundos distantes".



 

Referencia: “Combinación de Gaia y GRAVEDAD: Caracterización de cinco nuevos compañeros subestelares detectados directamente” por TO Winterhalder, S. Lacour, A. Merand, J. Kammerer, A.-L. Maire, T. Stolker, N. Pourre, C. Babusiaux, A. Glindemann, R. Abuter, A. Amorim, R. Asensio-Torres, WO Balmer, M. Benisty, J.-P. Berger, H. Beust, S. Blunt, A. Boccaletti, M. Bonnefoy, H. Bonnet, MS Bordoni, G. Bourdarot, W. Brandner, F. Cantalloube, P. Caselli, B. Charnay, G. Chauvin, A Chávez, E. Choquet, V. Christiaens, Y. Clénet, V. Coudé du Foresto, A. Cridland, R. Davies, R. Dembet, J. Dexter, A. Drescher, G. Duvert, A. Eckart, F. Eisenhauer, NM Forster Schreiber, P. García, R. García López, T. Gardner, E. Gendron, R. Genzel, S. Gillessen, JH Girard, S. Grant, X. Haubois, G. Heißel, Th. Henning, S. Hinkley, S. Hippler, M. Houlle, Z. Hubert, L. Jocou, M. Keppler, P. Kervella, L. Kreidberg, NT Kurtovic, A.-M. Lagrange, V. Lapeyrere, J.-B. Le Bouquin, D. Lutz, F. Mang, G.-D. Marleau, P. Molliere, JD Monnier, C. Mordasini, D. Mouillet, E. Nasedkin, M. Nowak, T. Ott, GPL Otten, C. Paladini, T. Paumard, K. Perraut, G. Perrin, O. Pfuhl, L. Pueyo, DC Ribeiro, E. Rickman, Z. Rustamkulov, J. Shangguan, T. Shimizu, D. Sing, J. Stadler, O. Straub, C. Straubmeier, E. Sturm, LJ Tacconi, EF van Dishoeck, A. Vigan, F. Vincent, SD von Fellenberg, J. Wang, F. Widmann, J. Woillez y S. Yazici, 20 de junio de 2024, Astronomía y astrofísica .


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