¡Exoplanetas! ¡Sonreid para la foto!

• Título del artículo original: A new type of exoplanet direct imaging search: the SCExAO/CHARIS survey of accelerating stars
• Autores: Thayne Currie. et al.
• Institución del primer autor: NASA-Ames Research Center, Moffett Field, California, USA.
• Estado de la publicación: aceptado para publicación en SPIE, acceso abierto en arXiv.

Ingeniería del futuro al servicio de la ciencia de hoy en día.

En las últimas décadas los telescopios más grandes del mundo que usan óptica adaptativa han conseguido hallar las primeras detecciones de planetas extra solares. Por eso hoy traemos tecnología punta, el Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics project (SCExAO). Este dispositivo de óptica adaptativa está diseñado para fotografiar y caracterizar espectros de planetas jóvenes jovianos, es decir, aquellos con una masa similar a la de Júpiter, orbitando a escalas similares a las de nuestro sistema solar. En el artículo definen con detalle como funciona este dispositivo, y básicamente podríamos decir que funciona con magia, en realidad es ingeniería punta que solo alguien con experiencia en el tema entiende bien, así que si tienes interés puedes echarle un vistazo al artículo original. Pero como dijo Arthur C. Clarke: “Cualquier tecnología suficientemente avanzada es indistinguible de la magia”.

SCExAO está instalado junto al espectrógrafo de campo integral CHARIS. Este espectrógrafo trabaja en la zona del infrarrojo cercano, características que definen por completo como se seleccionan los sistemas a estudiar. Los planetas jovianos se enfrían y contraen con la edad, haciendo que su pico de emisión térmica esté situado en esta zona del infrarrojo. Por lo que para estrellas con edades de entre 300 millones y 1000 millones de años, la detectabilidad de los exoplanetas jovianos es más favorable en el infrarrojo. Todo esto está instalado en el telescopio de 8,2 metros Subaro, en Hawai.

¡Hiparcos y Gaia al rescate!

La mayoría de los exoplanetas detectados orbitan a grandes distancias de su estrella y son típicamente sistemas con una edad de hasta 100 millones de años de edad. Pero para detectar un exoplaneta no es tan fácil como apuntar el telescopio a una estrella y ver si encontramos algo. Por ejemplo, el estudio GPIES investigó alrededor de 300 sistemas estelares, y solo encontró 9 compañeros en tan solo 6 estrellas. Sin embargo, aquellos estudios que se centran solo en sistemas estelares que muestran algún indicio gravitacional de que la estrella tiene objetos orbitando alrededor, detectan muchísimos más exoplanetas. Para ello en esta investigación se hace uso de los datos sobre el movimiento propio de las estrellas que obtienen los satélites Hiparcos y Gaia. Con estos datos se filtran las estrellas que muestran aceleraciones significativas, es decir, que se desvían de su movimiento propio por la posible presencia de objeto orbitando a su alrededor. También se filtran estrellas cuyas distancias sean pequeñas y estén en sistemas jóvenes, en el rango de edad que vimos en el párrafo anterior, de forma que los posibles objetos estén en una situación observable por CHARIS. Una forma gráfica de seleccionar las estrellas por edad se puede ver en la figura 2, donde junto con las estrellas de Gaia se muestran datos de estrellas en el cúmulo de las Pléyades (de unos 115 millones de años) y del cúmulo de las Híades (700-800 millones de años), de forma que se seleccionan todas estrellas a la izquierda de las Híades (es decir, las que son más jóvenes), y se toman seguro para observación las estrellas aquellas que están cerca o en el mismo punto que las Pléyades.

HD 33632 Ab

El primer resultado que obtuvo el equipo formado por SCExAO y CHARIS fue la detección de un compañero sub-estelar rotando alrededor de una estrella similar al Sol, pero entre 1000 y 2500 millones de años de edad, que se puede ver en la figura 3. Este objeto orbita aproximadamente a una distancia de 20 UA (1 UA es la distancia de la Tierra al Sol), y gira en sentido contrario a las agujas del reloj. Usando los datos de Gaia se pudo estimar que tenía una masa de entorno a 46 veces la masa de Júpiter, lo cual lo sitúa justo en el límite teórico en el que podrían comenzar reacciones de fusión nuclear y convertirse en una estrella. Dadas sus propiedades y sus características espectrales (figura 3), se concluyó que en este caso no se trataba de un exoplaneta si no de una enana marrón. Pero oye, ¡al menos comprobaron que los instrumentos eran capaces de obtener una imagen en estas condiciones!

Y los nominados son…

Durante el primer año de funcionamiento se han identificado más de 10 candidatos a exoplaneta alrededor de estrellas cercanas, de los cuales solo se han podido confirmar por imagen directa una enana marrón, que se ve en la figura 4. Algunos de los otros candidatos de los que se han podido observar con detalle los resultados muestran que están justo en el límite con las enanas marrones, por lo que harán falta más datos para confirmar cualquier conclusión.

Como hemos visto la detección y observación de nuevos exoplanetas es todo un reto, sobre todo por la dificultad de discernir entre los planetas más masivos y las enanas marrones. Futuros datos de Gaia junto con las mejoras en SCExAO permitirán una mejor caracterización de los objetivos que se encuentran orbitando estrellas cercanas. Y aunque pueda parecer un fracaso no haber conseguido aún una imagen clara y directa de un exoplaneta, ha probado su validez fotografiando enanas marrones y obteniendo valiosos resultados que serán de mucha utilidad para los futuros telescopios de 30 metros que pronto estarán al servicio de la ciencia.