Exoplanetas: investigaciones desde el CASLEO

El Premio Nobel en Física 2019 reconoce a los descubridores del primer exoplaneta alrededor de una estrella de tipo solar, Dres. Michel Mayor y Didier Queloz.

El CASLEO participa en el estudio de exoplanetas a través de los trabajos de distintos investigadores argentinos.

Entre nuestras noticias encontrarán cómo se pone en hora un satélite que detectará exoplanetas, y de qué forma se estudia la habitabilidad de un planeta de tipo terrestre utilizando datos de nuestros telescopios. También pueden ver una respuesta a la pregunta: ¿puede la órbita de un planeta ir decayendo hasta caer a su estrella? Y, aquí abajo, un completo panorama histórico y actual sobre los descubrimientos de exoplanetas cuyo autor es el Dr. Eduardo Fernández-Lajús (IALP, CONICET-UNLP y FCAG, UNLP).

El tercer premiado en 2019, Dr. Philip James Edwin Peebles, fue reconocido por sus estudios teóricos en Cosmología, particularmente en lo que concierne a la estructura del Universo. El CASLEO participó activamente en los estudios observacionales que los sustentaron.

El 25 de julio de 1991 salía publicada la edición número 4 del diario "Cruz del Sur" de la XXI Asamblea General de la IAU, que se estaba llevando a cabo en la ciudad de Buenos Aires. Allí se daba a toda la comunidad astronómica internacional una noticia que implicaba casi una revolución en la ciencia. Su título era: Discovery of a new planet. Este artículo, escrito por F. Graham-Smith, resumía lo que simultáneamente aparecía publicado en la revista Nature (1991, Vol. 352, pp. 311-313). Sus autores Matthew Bailes, Andrew G. Lyne, y Setnam Shemar anunciaban el hallazgo del primer planeta fuera del Sistema Solar. Utilizando la antena del radiotelescopio Lovell de 76 metros de diámetro de Jodrell Bank (University of Manchester, Reino Unido), realizaron un exhaustivo monitoreo de 40 pulsares del plano galáctico. Uno de ellos, el púlsar PSR 1829-10, parecía ser errático en su periodicidad. Luego de 3 años de un monitoreo temporal preciso de este púlsar, encontraron que las variaciones del periodo del mismo eran a su vez periódicas, y que éstas variaban armónicamente cada 184 días. Una posible explicación sería que la estrella de neutrones de 1.4 masas solares que compone el púlsar, estuviera orbitando alrededor de un planeta de 10 masas terrestres a una distancia semejante a la de Venus al Sol (0.7 UA). Este descubrimiento planteaba de entrada algunas contrariedades, por ejemplo, cómo un planeta podría haber sobrevivido a la evolución violenta de la estrella progenitora del púlsar.

Poco tiempo después, en 1992, Lyne y Bailes anunciaban que no había ningún planeta orbitando PS R1829-10 (1992 Nature, Vol. 355, pp. 213). Detallaban allí, con total honestidad científica, que el falso descubrimiento se debió a no haber considerado debidamente la elipticidad de la órbita de la Tierra para corregir las observaciones.

Pero el nuevo paradigma quedó presente y ese mismo año el astrónomo polaco Aleksander Wolszczan y el canadiense Dale Frail anunciaban, en el mismo volumen de Nature (1992, Vol. 355, pp. 145-147) el descubrimiento por el mismo método, de dos nuevos planetas alrededor del púlsar de milisegundos PSR B1257+12, a 2300 años luz de nosotros. El título decía A planetary system around the millisecond pulsar PSR1257 + 12. Estos fueron los primeros exoplanetas en la historia de la Astronomía en ser confirmados, y para completarlo, un tercer planeta fue descubierto alrededor de este púlsar en 1994.

El 23 de noviembre de 1995, Michel Mayor and Didier Queloz anunciaron en la revista Nature (1995, Vol 378, pp. 355-359), con el título A Jupiter-mass companion to a solar-type star, el descubrimiento del primer planeta fuera del Sistema Solar alrededor de la estrella de secuencia principal 51 Pegasi. Esta vez el método se basó en las variaciones periódicas de la velocidad radial de la estrella, revelando el movimiento reflejo de un cuerpo de masa entre 0.5 y 2 veces la masa de Júpiter, que orbita a una distancia menor que la de Mercurio al Sol. 51 Pegasi es una estrella de tipo G2 IV (subgigante), algo similar a nuestro Sol y se encuentra a una distancia de 50 años-luz.

El pasado 8 de octubre, fue anunciado que el Premio Nobel de Física 2019 se otorgará "por contribuciones a nuestra comprensión de la evolución del universo y el lugar de la Tierra en el cosmos" y que será compartido entre James Peebles "por descubrimientos teóricos en cosmología física" y por Michel Mayor y Didier Queloz "por su descubrimiento de un exoplaneta orbitando una estrella de tipo solar".

Es pertinente reconocer a Mayor y Queloz como un símbolo de todo el trabajo realizado por muchos científicos antes y después de este primer descubrimiento, ya que la ciencia se construye por toda la comunidad científica a partir de pequeños ladrillos que se van apilando de a poco. Está muy claro que el descubrimiento de Mayor y Queloz fue la primer gota de una gran catarata de exoplanetas que dirían presente. Desde entonces, y sólo hasta la fecha, se ha confirmado el descubrimiento de más de 4000 planetas en 3000 sistemas planetarios (http://exoplanet.eu/), y existe una cantidad semejante pendiente de confirmación.

Pero, al igual que encontrar planetas en pulsares era algo difícil de explicar, algo parecido ocurría con las estrellas binarias. Sin embargo, en 2003, se descubrió el primer planeta extrasolar alrededor de un sistema binario. Casi como una historia repetida, este planeta circumbinario se encontró orbitando alrededor de un sistema conformado por el púlsar PSR B1620-26 y una enana blanca, que está localizada en el cúmulo globular M4, en el corazón de Scorpio. Pero esta vez, los descubrimientos no fueron tan prolíficos, y sólo se ha podido confirmar la existencia de apenas una veintena de planetas circumbinarios.

La primer detección directa de la existencia de planetas alrededor de estrellas binarias fue encontrada a mediados de 2011 por la misión espacial Kepler mediante la detección de tránsitos en el sistema Kepler-16 (Doyle et al., 2011, Sc., 333, 1602). Más tarde 7 planetas circumbinarios más fueron hallados por la misión Kepler.

Otros planetas circumbinarios fueron descubiertos por el método de cronometraje de eclipses (o "ETV", del inglés eclipse timing variation), que consiste en analizar variaciones temporales de ciertos eventos periódicos que ocurren en el sistema, como por ejemplo los mínimos de binarias eclipsantes o variaciones en los ciclos de pulsares. En este sentido, nuestro trabajo con observaciones desde el CASLEO nos ha llevado al descubrimiento de 2 planetas circumbinarios alrededor de los sistemas NY-Virginis y RR-Caeli (Qian et al. 2012, ApJ, 745L, 23; Qian et al. 2012 MNRAS, 422L, 24). Estos planetas, hoy designados como NY-Vir(AB)b y RR-Cae(AB)b son denominados super-Júpiters, por poseer varias veces la masa del mismo. Un nuevo planeta fue descubierto en 2014 alrededor de NY-Vir, indicando que, en general, los planetas no están aislados sino que conforman sistemas planetarios y por tanto que estas estrellas deben continuar monitoreándose. Tenemos otras binarias que son candidatas a albergar planetas a su alrededor y esperamos en un futuro poder confirmarlas.

La figura muestra cómo los tiempos de los eclipses de NY-Vir varían armónicamente como consecuencia del movimiento de la binaria alrededor del planeta NY-Vir(AB)b.

Es importante destacar que todos estos descubrimientos se deben a un trabajo sistemático y minucioso que se realiza en colaboración con grupos internacionales de investigación. Esto permite optimizar recursos y obtener más eficientemente observaciones desde distintos observatorios dispersos por todo el mundo.

Eduardo Fernández-Lajús,

La Plata 9 de octubre de 2019

El autor de la nota es Investigador Independiente del CONICET y docente-investigador de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas, Universidad Nacional de La Plata. Para sus trabajos de investigación usa habitualmente los telescopios JS y HSH del CASLEO.

Glosario

Elipticidad: medida de la diferencia que existe entre una elipse y una circunferencia. La órbita terrestre tiene una elipticidad de 0.017 (es casi, pero no del todo, una circunferencia perfecta).

Exoplaneta: planeta que no pertenece a nuestro Sistema Solar.

Fotometría: medición precisa de la luz.

IAU: Unión Astronómica Internacional.

Pulsar: objecto astronómico que emite pulsos de ondas de radio cortos y rápidos. Se asocia a una estrella de neutrones, que es el remanente compacto de una estrella que ha explotado como supernova al final de su evolución.

Secuencia principal: etapa estable de la evolución de las estrellas. El Sol se encuentra en esta etapa.

Sistema binario: sistema de dos estrellas que orbitan alrededor de su centro común de masas.

Tránsito planetario: pasaje de un exoplaneta frente a su estrella, provocando una disminución del brillo de la misma.

Velocidad radial: velocidad medida en la dirección de la visual.