El Observatorio Austral Europeo (ESO) nos entrega un cuidadoso informe acerca del objeto que tanto dio que hablar hace algunos días.

Desde el descubrimiento, en 1995, del primer planeta orbitando alrededor de una estrella normal que no fuera el Sol, tenemos ahora más de 150 candidatos conocidos de estos así llamados exoplanetas. La mayoría de ellos fueron detectados por métodos indirectos, basados ya sea en variaciones de la velocidad radial o en el oscurecimiento de la estrella cuando el planeta pasa delante de ella.

Sin embargo, los astrónomos preferirían obtener una imagen directa de un exoplaneta, lo que les permitiría caracterizar mejor la naturaleza física del objeto. Esta es una tarea notablemente difícil, ya que generalmente el planeta queda escondido por el resplandor de la estrella central.

Para resolver parcialmente este problema, los astrónomos estudian objetos muy jóvenes. De hecho, los objetos sub-estelares son mucho más calientes y brillantes cuando son jóvenes y pueden, por lo tanto, ser más fácilmente detectables que los objetos más viejos de masa similar.

Basados en este sistema, podría muy bien resultar que la detección el año pasado de un débil punto de luz cerca de la joven enana marrón 2M1207 por parte de un equipo internacional de astrónomos que utilizó el Telescopio Muy Grande (VLT = Very Large Telescope) de ESO, sea la largamente buscada imagen bona fide de un exoplaneta.

Un informe reciente basado en datos obtenidos con el Telescopio Espacial Hubble parece confirmar este resultado. Las aún más recientes observaciones hechas con el Telescopio Espacial Spitzer de luminosidades infrarrojas de dos planetas “tipo Júpiter” previamente detectados es otro resultado interesante en este contexto. Este tesoro de nuevos resultados, obtenidos en el plazo de unos pocos meses, ilustra perfectamente la dinámica de este campo de investigación.

Compañera diminuta

ESO PR Foto 10a/05: La compañera estelar de GQ LupiAquí vemos una imagen de GQ Lupi capturada por VLT NACO en la banda Ks. El débil punto de luz a la derecha de la estrella es la recientemente detectada compañera fría. Es 250 veces menos luminosa que la propia estrella y está localizada a 0,73 arcosegundos al oeste. A la distancia de GQ Lupi, ésto significa unas 100 unidades astronómicas. El norte está hacia arriba y el este hacia la izquierda.Crédito: NACO-VLT

Ahora, un equipo diferente de astrónomos (1) ha realizado posiblemente otro importante descubrimiento en este campo, al hallar una diminuta compañera de una estrella joven.

Desde hace varios años, estos científicos han estado realizando una búsqueda de planetas y objetos de poca masa, en particular alrededor de estrellas que están todavía en proceso de formación (las así llamadas estrellas T-Tauri) utilizando las técnicas tanto de fotografía directa como de velocidad radial.

Uno de los objetos en su lista es GQ Lupi, una joven estrella T-Tauri, localizada en la nube Lupus 1 (Lobo 1), una región de formación estelar a unos 400 o 500 años luz de distancia. La estrella GQ Lupi es aparentemente un objeto muy joven que está todavía rodeado por un disco, con una edad estimada de entre cien mil a dos millones de años.

Los astrónomos observaron a GQ Lupi el 25 de junio de 2004 con el instrumento de óptica adaptativa NACO adosado a Yepun, la cuarta Unidad Telescopio de 8,2 metros del Telescopio Muy Grande localizado en la cima del Cerro Paranal, Chile. La óptica adaptativa (AO = Adaptive Optics) del instrumento soluciona la distorsión inducida por la turbulencia atmosférica, produciendo imágenes extremadamente nítidas en el infrarrojo cercano.

Como muestra la foto ESO PR 10a/05, la serie de exposiciones NACO revela claramente la presencia de la diminuta compañera, localizada en la vecindad próxima de la estrella. Este objeto recientemente hallado está a apenas 0,7 segundos de arco, y habría sido pasado por alto sin el uso de las capacidades de NACO.

A la distancia en que se encuentra GQ Lupi, la separación entre la estrella y su tenue compañera es de unas 100 unidades astronómicas (o sea 100 veces la distancia Tierra-Sol). Esto es, aproximadamente, 2,5 veces la distancia Sol-Plutón.

La compañera, llamada GQ Lupi B o GQ Lupi b (2) es aproximadamente unas 250 veces menos luminosa que GQ Lupi A, tal como se ve en esta serie de imágenes. Imágenes posteriores obtenidas con NACO en agosto y setiembre confirmaron la presencia y la posición de esta compañera.

Moviéndose en la misma dirección

ESO PR Foto 10b/05: Separación observada entre GQ Lupi y su compañeraVemos aquí la separación observada entre la estrella primaria GQ Lupi y su compañera, tal como se deduce de las imágenes tomadas por el Hubble en 1999 (izquierda), Subaru en 2002 (centro) y NACO-VLT en 2004 (derecha). Todas las separaciones observadas son consistentes con la ausencia de cambios en la separación, lo que implica que los dos objetos se mueven en la misma dirección (línea roja). La línea curva muestra el cambio en separación que se esperaría si el objeto fuese una estrella en segundo plano, a causa del movimiento propio de GQ Lupi.

Luego, los astrónomos descubrieron que la estrella había sido observada previamente por el telescopio Subaru, así como por el Telescopio Espacial Hubble. Consiguieron entonces las imágenes correspondientes en los archivos de estas instalaciones para su posterior análisis.

Las imágenes más antiguas, tomadas respectivamente en julio de 2002 y en abril de 1999, mostraban también la presencia de la compañera, dando a los astrónomos la posibilidad de medir con precisión la posición de los dos objetos a lo largo de un período de varios años. A su vez, esto les permitió determinar si las estrellas se mueven conjuntamente por el cielo, como debería ser si estuvieran unidas gravitatoriamente, o si el objeto más pequeño es únicamente un objeto en segundo plano que está alineado por azar.

A partir de sus mediciones, los astrónomos determinaron que la separación entre los dos objetos no había cambiado a lo largo del período de cinco años cubierto por las observaciones (véase la fotografía ESO PR 10b/05, más arriba).

Para los científicos esto representa una prueba clara de que los dos objetos se están moviendo en el cielo en la misma dirección. “Si el objeto menos luminoso fuera un objeto de segundo plano”, dice Ralph Neuhäuser de la Universidad de Jena (Alemania) y líder del equipo, “veríamos un cambio en la separación a medida que GQ Lupi se moviera en el espacio. Desde 1999 hasta 2004, la separación debería haber variado en 0,15 segundos de arco, mientras que estamos seguros de que el cambio fue al menos 20 veces menor”.

¿Exoplaneta o enana marrón?

ESO PR Foto 10c/05: Espectro de la compañera de GQ LupiEsta imagen muestra el espectro NACO de la compañera de GQ Lupi (línea gruesa, abajo) en el infrarrojo cercano (alrededor de la banda Ks de 2,2 micrones). Como comparación, el espectro de una joven enana marrón M8 (arriba, en rojo) y el de una enana marrón L2 (segunda línea, en marrón). También se presenta el espectro calculado para un objeto con una temperatura de 2 000 grados. Este espectro teórico concuerda bastante bien con el observado.Crédito: NACO-VLT

Para sondear aún más la naturaleza física del objeto recién descubierto, los astrónomos utilizaron el instrumento NACO del VLT para tomar una serie de espectros. Estos mostraban la firma típica de un objeto muy frío, con la presencia en particular de bandas de agua y CO.

Tomando en cuenta los colores infrarrojos y los datos espectrales disponibles, los cálculos de los modelos atmosféricos apuntan a una temperatura entre los 1 600 y los 2 500 grados, y un radio que es el doble de Júpiter (véase la fotografía ESO PR 10c/05, más arriba). De acuerdo con ésto, GQ Lupi B sería entonces un objeto frío y bastante pequeño.

¿Pero cuál es la naturaleza del objeto menos luminoso?. ¿Es en realidad un exoplaneta, o es una enana marrón, una de esas “estrellas fallidas” que no son lo suficientemente masivas como para producir en su centro reacciones nucleares mayores?.

Aunque la línea divisoria entre los dos tipos de objeto es todavía materia de debate, una forma de distinguir entre los dos es su masa (como se hace también para diferenciar entre las enanas marrones y las estrellas): los planetas (gigantes) poseen menos de unas 13 masas-Júpiter (la masa crítica necesaria para iniciar la fusión de deuterio); las enanas marrones son más masivas.

¿Qué es lo que sucede, entonces, con GQ Lupi b?.

Desafortunadamente, las nuevas observaciones no proporcionan una estimación directa de la masa del objeto. Así que los astrónomos deben basarse en la comparación con modelos teóricos de esos objetos. Pero ésto no es tan fácil como suena. Si, como aceptan generalmente los astrónomos, GQ Lupi A y B se formaron simultáneamente, el nuevo objeto es muy joven.

El problema es que para tales muy jóvenes objetos, los modelos teóricos probablemente no sean aplicables. Sin embargo, si se los utiliza, proporcionan una estimación de la masa del objeto situada entre las 3 y las 42 masas-Júpiter, es decir, que comprende tanto al dominio de los planetas como al de las enanas marrones.

Estas fases primitivas en la formación de los planetas y de las enanas marrones son, esencialmente, un territorio desconocido para los modelos. Resulta muy difícil modelar el colapso temprano de las nubes de gas, dadas las condiciones existentes alrededor de la estrella paterna en formación.

Un grupo de modelos, diseñado específicamente para representar a los objetos muy jóvenes, da masas tan pequeñas como de una o dos masas-Júpiter. Pero como hace notar Ralph Neuhäuser, “estos nuevos modelos necesitan todavía ser calibrados, antes de que las masas de compañeras de este tipo puedan ser determinadas con confianza”.

Los astrónomos también resaltan el hecho de que a partir de la comparación entre los espectros VLT-NACO y los modelos teóricos del co-autor Peter Hauschildt de la Universidad de Hamburgo (Alemania), llegan a la conclusión de que la mejor correspondencia se obtiene para un objeto de unos 2 radios-Júpiter y 2 masas-Júpiter. Si este resultado se mantiene, GQ Lupi B sería entonces el más joven y liviano exoplaneta que haya sido fotografiado.

Se requerirán todavía más observaciones para determinar la naturaleza precisa de GQ Lupi B. Si los dos objetos están realmente relacionados, entonces el más pequeño necesitará más de mil años para completar una órbita alrededor de su estrella primaria.

Por supuesto, ésto es demasiado tiempo como para esperar que transcurra, pero el efecto del movimiento orbital podría ser detectable (en la forma de un diminuto cambo en la separación de los dos objetos) posiblemente en unos pocos años. Por lo tanto, el equipo planea realizar observaciones regulares del objeto utilizando a NACO en el VLT, a los efectos de detectar este movimiento. Sin ninguna duda, en el entretanto se lograrán progresos en el lado teórico y se realizarán muchos descubrimientos sensacionales en este campo.

Más información

La investigación presentada en este Informe de Prensa de ESO aparece también como una Carta al Editor aceptada para su publicación en Astronomy and Astrophysics ("Evidence for a co-moving sub-stellar companion of GQ Lup" by R. Neuhäuser et al.).

NOTAS:

1).- El equipo está compuesto por Ralph Neuhäuser, Günther Wuchterl, Markus Mugrauer y Ana Bedalov (Universidad de Jena, Alemania), Eike Guenther (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Alemania), y Peter Hauschildt (Hamburger Sternwarte, Alemania).

2).- En la literatura astronómica, la convención es escribir mayúsculas para las estrellas miembros de sistemas múltiples, y minúsculas para el caso de los planetas. Si el objeto compañero de GQ Lupi A resulta ser un planeta, se llamaría GQ Lupi b, mientras que si fuera una enana marrón, se le identificaría como GQ Lupi B. Dada la incertidumbre actual, hemos utilizado ambas denominaciones en este Informe de Prensa, como hicieron los autores en el artículo científico original.

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

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

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Web Site: ESO Press Release
Artículo: “ESO Press Release 09/05: Is this a Brown Dwarf or an Exoplanet? ”
Fecha: Abril 07, 2005

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Para Astroseti.org: Heber Rizzo Baladán

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