El Telescopio Muy Grande de ESO Paranal encuentra una estrella que es la más pequeña de las conocidas hasta ahora.

Un equipo internacional de astrónomos ha determinado con precisión el radio y la masa de la más pequeña estrella con un núcleo en fusión conocida hasta ahora.

VLT (Very Large Telescope) de ESO en Paranal, Chile. Crédito: ESO / Paranal

Las observaciones fueron realizadas en marzo de 2004 con el espectrógrafo multi-fibra FLAMES del telescopio Kueyen de 8,2 metros en el Observatorio ESO de Paranal, Chile. Son parte de un gran programa que apunta a medir precisamente las velocidades radiales de 60 estrellas en las que se ha detectado una disminución temporal de brillo durante la inspección OGLE.

Los astrónomos hallaron que la disminución vista en la curva de luz de la estrella conocida como OGLE-TR-122 es causada por una compañera estelar muy pequeña, que eclipsa a esta estrella (parecida al Sol) una vez cada 7,3 días.

Esta compañera es 96 veces más masiva que el planeta Júpiter, pero apenas un 16% más grande. Es la primera vez que observaciones directas demuestran que las estrellas que tienen menos de 1/10 la masa del Sol son de aproximadamente el mismo tamaño que los planetas gigantes. Este hecho deberá, obviamente, ser tenido en cuenta durante la actual búsqueda de exo-planetas en tránsito.

Además, las observaciones del Telescopio Muy Grande han llevado al descubrimiento de siete nuevas binarias eclipsantes que albergan estrellas con masas de menos de un tercio de la del Sol, una bonanza real para los astrónomos.

La inspección OGLE

Cuando un planeta pasa frente a su estrella primaria (tal como se la ve desde la Tierra) bloquea una pequeña fracción de la luz de la estrella que llega hasta nosotros (1).

Estos “tránsitos planetarios” son de gran interés, puesto que permiten a los astrónomos medir de forma única la masa y el radio de los exo-planetas. Es por eso que están en marcha varias inspecciones con la intención de encontrar estas tenues firmas de otros mundos.

Uno de estos programas es la inspección OGLE, originalmente planeada para detectar sucesos de “micro-lente” por medio del monitoreo del brillo de un gran número de estrellas a lo largo de períodos extensos.

Durante los pasados años, también incluyó la búsqueda de disminuciones periódicas y muy pequeñas en el brillo de las estrellas causados por el tránsito regular de pequeños objetos en órbita (estrellas pequeñas, enanas marrones (2) o planetas tamaño Júpiter.

Desde entonces, el equipo OGLE ha anunciado 177 “candidatos de tránsito planetario” procedentes del estudio de varios centenares de estrellas en tres campos del cielo austral, uno en la dirección del centro galáctico, otro dentro de la constelación de Carina (La Quilla) y el tercero dentro de las constelaciones Centauro-Mosca.

La naturaleza del objeto en tránsito puede, sin embargo, ser establecida únicamente por las observaciones subsecuentes de la velocidad radial de la estrella primaria. La amplitud de las variaciones de velocidad está relacionada directamente con la masa del objeto compañero y permite, por lo tanto, discriminar entre estrellas y planetas como los causantes de la disminución observada de brillo.

Una bonanza de estrellas de poca masa

Un equipo internacional de astrónomos (3) ha utilizado para este trabajo el telescopio Kueyen de 8,2 metros del VLT (Very Large Telescope = Telescopio Muy Grande). Aprovechando la capacidad múltiple de la instalación FLAMES / UVES que permite obtener espectros de alta resolución de hasta 8 objetos al mismo tiempo, observaron 60 estrellas OGLE candidatas de tránsito, midiendo sus velocidades radiales con un precisión de hasta 50 m/s (4). Este ambicioso programa ha resultado hasta ahora en el descubrimiento de cinco nuevos exo-planetas.

La mayoría de los otros candidatos OGLE de tránsito han resultado ser binarias eclipsantes, es decir, en la mayoría de los casos, estrellas pequeñas y de poca masa que pasan frente a una estrella tipo Sol. Este tesoro adicional de datos sobre estrellas pequeñas y livianas ha resultado ser una verdadera bonanza para los astrónomos.


Constriñendo la relación masa-radio

Las estrellas de poca masa son objetos extremadamente interesantes porque, entre otras cosas, las condiciones físicas en sus interiores tienen mucho en común con las de los planetas gigantes, como Júpiter en nuestro sistema solar. Más aún, la determinación de los tamaños de las estrellas más pequeñas proporciona información clave indirecta sobre el comportamiento de la materia en condiciones extremas (5).

Hasta hace poco se habían realizado escasas observaciones y se conocía poco sobre las estrellas de poca masa. En estos momentos, se conocen solamente los valores exactos de radio de únicamente cuatro estrellas con masas de menos de un tercio de la del Sol, y de ninguna que tenga menos de un octavo de masa solar.

Sin embargo, la situación ahora está cambiando dramáticamente. De hecho, las observaciones realizadas con el Telescopio Muy Grande han llevado ahora al descubrimiento de siete nuevas binarias eclipsantes que albergan estrellas con masas menores a un tercio de masa solar.

Esta nueva serie de observaciones casi triplica entonces al número de estrellas de poca masa cuyos radios y masas son conocidos. Y mejor aún, una de esas estrellas resulta ahora ser una de las más pequeñas que se conocen.

Estrellas del tamaño de planetas

Imagen ESO PR 06a/05: Disminución del brillo y variaciones de velocidad en OGLE-TR-122.

El panel superior de la imagen ESO PR 06a/05 muestra la disminución del brillo de OGLE-TR-122 tal como fue medido por OGLE.

La señal proveniente de la estrella se reduce en 1,5 % por algo más de tres horas. Esta es la indicación probable de que un objeto ha pasado frente a la estrella.

El panel inferior presenta las variaciones de velocidad de la estrella. Fueron determinadas con el instrumento FLAMES en el VLT. La solución orbital que se corresponde se muestra también como una línea sólida. Estas mediciones indican la presencia de una compañera estelar de poca masa para OGLE-TR-122.

La imagen ESO PR 06b/05 ilustra las propiedades de las estrellas de poca masa y de los planetas, expresadas en unidades solares.

Estos nuevos valores determinados en forma muy precisa de la masa y del radio de OGLE-TR-122b son indicados por el punto rojo. Los símbolos azules son los valores para estrellas de poca masa, mientras que los símbolos negros a la izquierda representan a los exo-planetas.

Nótese que los “Júpiteres calientes” (exo-planetas que orbitan muy cerca de su estrella primaria) son más grandes que OGLE-TR-122b. Las varias líneas representan modelos teóricos que presentan buena concordancia entre las teorías y las observaciones.

Imagen ESO PR 06b/05: Propiedades de las estrellas de poca masa y de los planetas.

El recientemente encontrado gnomo estelar es el compañero de OGLE-TR-122, una estrella bastante remota en la Vía Láctea, que se puede ver en la dirección aproximada de la constelación austral de Carina (La Quilla).

El programa OGLE reveló que OGLE-TR-122 experimenta una disminución de su brillo del 1,5 por ciento cada 7 días, 6 horas y 27 minutos, con una duración de unos 188 minutos.

Las mediciones de FLAMES / UVES, realizadas durante seis noches en marzo de 2004, muestran variaciones de la velocidad radial en este período con una amplitud de unos 20 kilómetro por segundo. Esto es un claro signo de una estrella de muy poca masa, muy cercana al límite de la fusión de hidrógeno, que está orbitando a OGLE-TR-122. Esta estrella compañera recibió el nombre de OGLE-TR-122b.

Como explica François Bouchy del Observatorio Astronómico de Marsella Provence (Francia): “Combinada con la información recogida por OGLE, nuestros datos espectroscópicos permiten ahora determinar la naturaleza de la estrella más masiva del sistema, que parece ser parecida al Sol”.

Esta información puede entonces ser utilizada para determinar la masa y el radio de la compañera mucho más pequeña OGLE-TR-122b.

De hecho, la profundidad del tránsito (disminución del brillo) da una estimación directa de la relación entre el radio de las dos estrellas, y la órbita espectroscópica proporciona un valor único para la masa de la compañera, una vez que se conoce la masa de la estrella mayor.

Los astrónomos determinaron que OGLE-TR-122b tiene un onceavo de la masa del Sol y un diámetro de únicamente un octavo de diámetro solar. De modo que esta estrella, si bien es 96 veces tan masiva como Júpiter, es apenas un 16 por ciento más grande que ese planeta gigante.

Una estrella densa

“Imaginemos que multiplicamos por 96 la masa de Júpiter y sin embargo finalizamos con una estrella que es apenas un poco más grande”, sugiere Claudio Melo de ESO y miembro del equipo de astrónomos que realizó el estudio. “El objeto sencillamente se encoge para dar lugar a la materia adicional, haciéndose cada vez más y más denso”.

La densidad de una estrella así es más de 50 veces mayor que la del Sol.

“Este resultado muestra la existencia de estrellas que lucen sorprendentemente parecidas a los planetas, aún observadas desde cerca”, enfatiza Fréderic Pont del Observatorio de Ginebra (Suiza). “¿No resulta extraño imaginar que aún cuando pudiéramos recibir imágenes de un objeto así tomadas por una futura sonda espacial que se le aproximara a corta distancia, no resultaría fácil discernir si es una estrella o un planeta?.

Como todas las estrellas, OGLE-TR-122b produce energía en su interior por medio de reacciones nucleares. Sin embargo, a causa de su poca masa, esta producción interna de energía es muy pequeña, especialmente si se la compara con la energía producida por su estrella compañera tipo Sol.

No menos sorprendente es el hecho de que los exo-planetas que orbitan muy cerca de su estrella primaria, los así llamados “Júpiteres calientes”, poseen radios que pueden ser mayores a los de la estrella recientemente hallada. El radio del exo-planeta HD209458b, por ejemplo, es aproximadamente un 30 por ciento mayor que el de Júpiter. Por lo tanto, ¡es sustancialmente más grande que OGLE-TR-122b!

Disfrazadas

Imagen ESO PR Photo 06c/05: Comparación entre OGLE-TR-122b, Júpiter y el Sol. Crédito: Sol: SOHO / ESA; Jupiter: Cassini / NASA / JPL/Universidad de Arizona / ESA

La imagen ESO PR 06c/05 es una comparación entre la recientemente hallada estrella de poca masa OGLE-TR-122b con el Sol y con Júpiter. Mientras que la nueva estrella es 96 veces más masiva que Júpiter, es apenas un 16 por ciento más grande que el planeta gigante. Tiene una masa equivalente a 1/11 de la del Sol y 1/8 de su diámetro.

El descubrimiento tiene también profundas implicancias para la actual búsqueda de exo-planetas. Estas observaciones muestran claramente que algunos objetos estelares pueden generar las mismas señales fotométricas (cambios de brillo) que los planetas en tránsito tipo Júpiter (6). Lo que es más, el presente estudio muestra que tales estrellas no son poco comunes.

Así, las estrellas tipo OGLE-TR-122b se ocultan disfrazadas entre los exo-planetas gigantes, y se requiere el mayor cuidado para diferenciarlas de sus primos planetarios. El descubrimiento de tales estrellas pequeñas puede lograrse únicamente con mediciones sub-siguientes realizadas con los telescopios más grandes. ¡Todavía queda mucho trabajo por delante para VLT!.


Más información

La información contenida en este informe de prensa se basa en un artículo de investigación que aparecerá pronto como una Carta al Editor en la revista de investigación “Astronomy and Astrophysics” con el título “A planet-sized transiting star around OGLE-TR-122" by F. Pont et al.

El artículo está disponible (en inglés) en formato PDF en el sitio web de A&A.;

NOTAS:

1).- Las enanas marrones, o “estrellas fallidas” son objetos que pueden llegar a tener hasta 75 veces la masa de Júpiter. Son demasiado pequeñas como para que los procesos mayores de fusión nuclear se hayan iniciado en su interior.

2).- El radio de un planeta tamaño Júpiter es unas 10 veces menor al de una estrella tipo Sol, es decir, que cubre aproximadamente 1/100 de una superficie de ese tipo y bloquea aproximadamente un uno por ciento de la luz estelar durante su tránsito.

3).- El equipo está compuesto por Fréderic Pont, Michel Mayor, Didier Queloz y Stéphane Urdí del Observatorio de Ginebra en Suiza, Claudio Melo de ESO-Chile, François Bouchy del Observatorio Astronómico de Marsella Provence en Francia, y Nuno Santos del Observatorio Astronómico de Lisboa en Portugal.

4).- Esto es igual a medir una velocidad de 180 kilómetros por hora. En comparación, el movimiento del Sol inducido por Júpiter es de unos 13 metros por segundo, o sea unos 47 kilómetros por hora. Este movimiento es proporcional a la masa del planeta e inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su distancia a la estrella.

5).- Para una estrella normal como nuestro Sol, cuya materia se comporta como un gas perfecto, el tamaño estelar es proporcional a la masa. Sin embargo, para las estrellas de poca masa, los efectos cuánticos se vuelven importantes y la materia estelar se “degenera”, resistiendo mucho más la compresión que lo que lo hace un gas perfecto. Para objetos con una masa menor a 75 masas Júpiter, es decir las enanas marrones, la materia está completamente degenerada y su tamaño no depende de su masa.

6).- Nótese que un objeto distante en tránsito (estrella o planeta) producirá siempre una disminución de brillo, sin importar lo luminoso que sea en sí mismo. Antes y después del tránsito, el brillo registrado es igual a la suma del brillo de la estrella central y el del objeto en órbita. Durante el tránsito, el brillo registrado es esta suma menos la luz emitida por la porción de la estrella central que es oscurecida.

Agradecemos a ImageShack por su repositorio gratuito de imágenes. - HRB

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Web Site: ESO Press Release
Artículo: “Undercover Stars Among Exoplanet Candidates ”
Fecha: Marzo 03, 2005

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Para Astroseti.org: Heber Rizzo Baladán

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