lunes, 20 de octubre de 2014

Fomalhaut b

Hace muchos años ya que me empecé a interesar por la búsqueda de planetas orbitando estrellas que no fueran la nuestra (exoplaneta en lo sucesivo). Hubo un tiempo en el que entraba regularmente en el catálogo de exoplanetas para ver qué nuevos candidatos había. Hoy os quiero hablar de unos de los exoplanetas que más me han llamado la atención desde que fuera "descubierto" en 2008 [1]. Su órbita excéntrica, su tamaño, la duración de su "año"... ya son bastante singulares, pero lo que más me llamaba la atención fue cómo fue descubierto: A OJO.

El ojo, instrumento astronómico desde los tiempos de maricastaña.

Vale, me he excedido diciendo que fue detectado "a ojo". Lo que quería decir es que este exoplaneta fue detectado directamente, haciendo fotografías. Nada de usar los métodos indirectos más comunes (espectroscopía doppler, tránsitos...) que, aunque sean muy precisos y confiables, carecen del encanto de hacer una fotografía directa a un exoplaneta.

¿Dónde está?

Pues está orbitando a Fomalhaut, la estrella más brillante de la constelación Piscis Austrinus (viene a ser el agua que vierte la constelación de Acuario).

Constelación de Piscis Austrinus.

Esta constelación es visible durante el verano y otoño en el hemisferio Norte. De hecho, se puede observar esta misma noche mirando hacia el Sur hacia las 23:00.

Cielo visible el 20 de octubre de2014 desde la Facultad de Ciencias de Oviedo (43.358ºN, 5.854ºO)
Esta estrella es una de las más próximas a nuestro sistema solar, de hecho está a solo 25 años luz, y por lo tanto una estrella cuya distancia al Sol se puede medir por paralaje. Por si no conocéis qué es el paralaje, dicho brutamente, es que se midió cuánto cambió su posición respecto a las estrellas más lejanas en 6 meses, conocido la distancia Tierra-Sol y con un poco de trigonometría ¡voilá!, se sabe la distancia a Fomalhaut.

¿Se puede ver el exoplaneta con un telescopio de aficionado?

No.

La detección de Fomalhaut b no fue realizar una fotografía y enmarcarla, si no que fue fruto de un importante esfuerzo intelectual y técnico. Se realizó gracias a imágenes obtenidas por el telescopio espacial Hubble, y no creo que haga falta confirmaros que nuestros telescopios amateur son unos simples juguetes a su lado.

Una característica interesante de la estrella Fomalhaut es que su espectro tiene mucho Infrarrojo, lo cual se puede deber a que tenga una gran nube de polvo o asteroides a su alrededor que absorban la radiación más energética y la emitan después en infrarrojo.

Para poder estudiar esta estrella, el Hubble hizo uso de su coronógrafo (un instrumento que bloquea la luz de los objetos más brillantes para poder observar los menos brillantes) y obtuvo la siguiente imagen en infrarrojo.

Imagen en infrarrojo del sistema Fomalhaut. NASA/Hubble
Lo primero que se observa es esa especie de anillo en la que se concentran objetos, una especie de cinturón de asteroides. Aunque hay que remarcar una diferencia con el sistema solar, y es su distancia con la estrella. El cinturón estelar de Fomalhaut está comprendido entre las 133 AU y 158 AU (AU = Unidad Astronómica = 150 millones de km), mientras que el cinturón de asteroides de nuestro sistema está a menos de 3 AU. Se estima que la presencia de Júpiter sea crucial para la formación del cinturón de asteroides del sistema solar. ¿Es posible que otro "júpiter" esté provocando la formación del cinturón de Fomalhaut?

Otro dato importante que se puede sacar de esa fotografía es que la posición de la estrella (en la imagen anterior añadido como un círculo), no está en el centro de su cinturón estelar. Ahora ya parece evidente que debe de existir un objeto masivo alrededor de Fomalhaut. Y que los asteroides giren alrededor del centro de masas del sistema estrella+objeto.

En 2005 investigadores de la UC Berckely llegaron a la conclusión de que alrededor de Fomalhaut debía de haber un planeta [2]. Pues resulta que ese planeta está en la fotografía anterior (realizada en 2004), ¡delante de nuestras narices y gafas! ¿Pero cuál de todos esos puntitos es? Y lo más importante, ¿se puede demostrar que era un planeta?

Descubrimiento

Hubo que esperar varios años para poder afirmar que se había encontrado un planeta alrededor de Fomalhaut, hasta el año 2008 [1]. Los mismos autores que propusieron su existencia [2] siguieron trabajando en esa hipótesis y acumulando datos y medidas sobre el presunto sistema estelar.

Para ello estudiaron cual era la órbita más plausibles para un planeta en función de la distribución de asteroides en la imagen de 2004, y su posición en función de la posición de la estrella principal. Se repitió la misma fotografía dos años más tarde que la primera y buscaron puntos que se hubieran desplazado respecto la primera.

Ahora bien, es difícil afirmar que dos puntos brillantes distintos (de apenas una decena de píxeles) en dos fotografías distintas, se correspondan al mismo objeto. Puede deberse a colisiones de asteroides, que producen mucha luminosidad, o incluso a  a estrellas más lejanas que se desplazan, aparentemente, respecto Fomalhaut.

Tuvieron que discriminar los objetos que pertenecen al sistema Fomalhaut de cualquier otro astro que se haya colado en la foto por azar. O dicho de otra manera, eliminar las estrellas que están más lejos que Fomalhaut y que habían salido en la fotografía. Afortunadamente, la proximidad del sistema Fomalhaut al nuestro permite observar cómo el sistema se desplaza periódicamente respecto las estrellas más lejanas.

Y tras todo ese trabajo, llegaron a identificar un exoplaneta en una fotografía. ¡Por fin os pongo la fotografía de Fomalhaut b!

Movimiento de Fomalhaut b en dos años. NASA.

Dudas y discrepancias

No fue confirmado como exoplaneta tras la publicación del artículo [1], sino que tuvo que enfrentarse a ciertas dudas o incongruencias, entre las que destaco las siguientes:

  • Según el artículo [1] parece que el planeta se mueve muy rápido, lo que violaría las leyes de Kepler.
  • Brilla demasiado para ser un planeta solo, aún considerando luz emitida por el planeta muy caliente (sí, los planetas emiten en el infrarrojo) y reflejada teniendo un albedo elevado.
  • Parece improbable la formación de un planeta a más o menos 100 AU de su estrella. Para comparar, Plutón está a una distancia media de menos de 40 AU del Sol.

Algunos autores, en vista a estos problemas propusieron que la forma del cinturón podía deberse a la existencia de varios planetas enanos [3] orbitando más o menos juntos,algo similar al duo Plutón y Caronte. Otro re-análisis de los datos de [1] realizado por otros autores corrigió la velocidad orbital del exoplaneta, a la vez que aportaba su detección en otras longitudes de onda y una conclusión importante, que su brillo es variable [4].

En la actualidad

Sigue habiendo muchas incertidumbres, principalmente con su masa y su "vecindario". Estimaciones de la masa de Fomalhaut b van desde 10 masas terrestres si está acompañado de muchos satélites [5], hasta 2 veces la masa de Júpiter (que es 318 masas terrestres) si está rodeado de anillos o una nube de polvo [2 y 3].

Tampoco se está seguro si el plano orbital del planeta coincide con el del cinturón de asteroides o si, por el contrario, se cortan.

En la actualidad la versión más extendida es que Fomalhaut b realmente es un planeta. Y además que fue observado directamente, aunque esa luz no provenga de su superficie, si no de sus anillos o una nube de gas y polvo alrededor suyo.



Espero que os haya gustado esta historia, emocionante desde mi punto de vista, sobre este presunto exoplaneta. No se han resuelto todas las dudas, pero poco a poco se irá confirmando la auténtica naturaleza de Fomalhaut b.

¿Cómo os haría más ilusión que fuera Fomalhaut b?

  • Un gigante gaseoso con un juego de anillos más brillante que los de Saturno, como afirman los descubridores [2] y más investigadores [3]
  • Una nube de planetoides alrededor de un protoplaneta, como afirman en [5].
Poned vuestra preferencia en los comentarios si queréis. O si lo preferís, podemos discutir sobre la validez o no de las conclusiones vertidas en las referencias o en los cientos de artículos científicos dedicados a este presunto exoplaneta.







REFERENCIAS:

[1] P. Kalas et al., "Optical Images of an Exosolar Planet 25 Light-Years from Earth", Science 28 November 2008: Vol. 322 no. 5906 pp. 1345-1348. Si no tenéis acceso a ese artículo, aquí podéis acceder a una versión del mismo.

[2] P. Kalas et al., "A planetary system as the origin of structure in Fomalhaut's dust belt", Nature 435, 1067-1070 (23 June 2005).

[3] A. C. Boley  et al., "Constraining the Planetary System of Fomalhaut Using High-Resolution ALMA Observations", 2012 ApJ 750 L21. Si no tenéis acceso a ese artículo, aquí podéis acceder a una versión del mismo.

[4] T. Currie et al., "Direct Imaging Confirmation and Characterization of a Dust-Enshrouded Candidate Exoplanet Orbiting Fomalhaut", 2012 ApJ 760 L32.

[5] G. M. Kennedy y M. C. Wyatt, "Collisional Evolution of Irregular Satellite Swarms: Detectable Dust around Solar System and Extrasolar Planets". MNRAS vol 412 issue 4 page 2137. Si no tenéis acceso a ese artículo, aquí podéis acceder a una versión del mismo.