Anillos podrían haber sido esculpidos por exolunas

Titulo: Modeling giant extrasolar ring systems in eclipse and the case of J1407b: sculpting by exomoons?
Autores: Matthew A. Kenworthy & Eric E. Mamajek
Institución del primer autor: Leiden University
Status: Publicado en ApJ
Post Original: Rings around another world may have been sculpted by exomoons

Anillos han sido detectados en otro sistema solar, y así como los anillos de Saturno estos podrían haber sido formado por exolunas.

Por más de veinte años hemos sabido de la existencia de otros sistemas solares. Miles de extraños sistemas extrasolares orbitando estrellas dobles y triples han sido descubiertos. Tan comunes han sido estos descubrimientos que no sería inusual oir por casualidad una conversación en un café sobre otro sistema triple descubierto. ¿Pero qué tiene este sistema de especial? Sus anillos, o para citar el autor, sus “anillos esculpidos por exosatelites”, le valdrían el premio al más interesante.

En un tránsito normal de exoplaneta, un disco obscuro, un planeta, pasa frente a un disco brillante, una estrella, produciendo un simple e individual oscurecimiento de la estrella. Pero en este caso, en vez de la puntual disminución en el brillo de la estrella, astrónomos usando el telescopio SuperWASP en 2007 observaron algo un poco peculiar. Detectaron varias y no una de estas disminuciones o oscurecimientos en el brillo de la estrella “1SWASP J140747.93- 394542.6’ (también abreviada J1407). Estas disminuciones eran sucesivas y duraban un total de 56 días. Por la irregularidad y duración estaba claro que no eran ocasionadas por la ocultación del exploneta orbitando a J1407. El autor de la publicación original del descubrimiento del sistema sugería que tal vez lo que estaría ocasionando el cambio en el brillo era un inmenso disco de material orbitando una estrella o planeta no visto, que a su vez estaría orbitando a J1407. Este disco estaría pasando frete a J1407 bloqueando el 95% de su luz, y Kenworthy et al. postulan que esta serie de oscurecimientos es producido por una estructura de anillos. La curva de luz se representa en la figura 1.

Kenworthy et al. usaron el siguiente modelo para describir el sistema. El objecto B, que tiene anillos, transita alrededor de la estrella A, que no los tiene. A propósito evito dar detalles del objeto B, la razón será evidente pronto. Los autores usan la información en la curva de luz (el cambio en el brillo de la estrella A en función del tiempo) para construir una imagen del disco.

Fig 1 Curva de luz de J1407 por SuperWASP en 2007. Los paneles muestran los datos (rojo) y uno de los modelos ajustados a los datos (verde). El panel superior muestra toda la curva de luz y los paneles inferiores detalles en las posiciones marcadas con un triángulo negro en el panel superior. El modelo no es perfecto comparándolo con los datos. Es un modelo muy complicado con muchos parámetros libres y difícil de resolver.

Cuando el disco del objecto B pasa frente a la estrella A, éste bloquea parte de su luz. No bloquea la luz completamente, pues el disco es translúcido y deja pasar parte de la luz. La cantidad de luz que pasa a través del disco es llamada la “trasmisión”. Diferentes anillos en el disco tienen diferentes densidades y por lo tanto diferente niveles de trasmisión. Kenworthy et al. aprovechan este hecho para modelar los anillos usando la curva de luz.

La información más importante está codificada en la pendiente de la curva de luz (cuán rápido cambia el brillo de la estrella). Imagina un disco de material semi-opaco avanzando lentamente mientras pasa frente a la estrella A. La cantidad de luz que se puede ver de A disminuiría lentamente a medida que el disco avanza frente a la estrella. Esto ocasionaría una pendiente negativa hacia abajo en la curva de luz. Un cambio en la pendiente de la curva marca el momento en el cual el borde de uno de los anillos comienza, o bien termina, de transitar la estrella A.

Así que el número de los cambios en la pendiente de la curva corresponden al número de anillos, y mientras más opaca sea la sección de los anillos pasando frente a la estrella, más rápido será el oscurecimiento de ésta.

Desafortunadamente, SuperWASP es un telescopio terrestre que no puede observar las estrellas durante el día (solo telescopios espaciales como Kepler tienen ese privilegio). Como mencioné antes, el tránsito dura un total de 56 días, así que claramente los datos del tránsito no están completos. Esto significa que Kenworthy et al. no pueden contar todos los anillos, solo pueden establecer un limite al número mínimo de anillos. Ellos contaron un total de 24 bordes de anillos, pero sugieren que el número real de anillos es probablemente mayor.

Los autores no encuentran una única solución para su modelo (muchas configuraciones de los anillos son consistentes con los datos). Sin embargo encontraron que los espacios entre los anillos (los espacios entre las regiones con diferente niveles de trasmisión) sí están sustentados por los datos. Uno de los modelos para los anillos analizados con los datos se muestra en las figuras 1 y 2.

¿Y qué pasa con el misterioso “objeto B”? Bueno, como solo un tránsito fue observado, los autores no pueden estar seguros de si está en realidad orbitando a A. Bien podría estar vagando por el espacio y por casualidad haber pasado frente a A. Asumiendo que B en realidad este orbitando a A, Kenworthy et al. establecen un límite a su masa de 24 veces la masa de Júpiter. Este límite equivale a la masa de una enana marrón (algo que esta entre el medio de ser estrella y planeta).

Los autores ofrecen una explicación para la creación de la separaciones entre los anillos. Estas separaciones fueron “esculpidas por las exolunas”. Esto es exactamente lo que ocurre en los anillos de Saturno. Las separaciones entre las estructuras de los anillos son producidas por las lunas dependiendo de cómo estas interactúan gravitacionalmente con el material presente en el disco. A éstas se las llama “lunas pastoras”, pues “pastorean” el material del disco.

Esta publicación provee buena evidencia de la existencia de las exolunas, pero hasta no detectarlas directamente no podremos confirmar su existencia fuera de nuestro sistema solar. La idea de la publicación es muy interesante, pero la búsqueda de las exolunas continúa.

Fig. 2 Diagrama de uno de los modelos para los anillos. El rojo de los anillos se corresponde con la transmisión. Mientras mas luz pasa a través de los anillos más rojos se muestran. La linea verde muestra el paso de la estrella A mientras es transitada por los anillos.