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Artículo publicado por Robert Sanders el 13 de agosto de 2015 en Berkeley News

El Gemini Planet Imager (GPI) ha descubierto y fotografiado su primer planeta, un gigante gaseoso rodeado de metano muy similar a Júpiter, el cual podría tener la clave para comprender el tamaño máximo que pueden formar los planetas en los discos de acreción giratorios alrededor de la estrellas.

El instrumento GPI, que está montado sobre el telescopio de 8 metros Géminis Sur, en Chile, tiene el tamaño de un coche pequeño, y fue diseñado, construido y optimizado para fotografiar y analizar las atmósferas de los tenues planetas similares a Júpiter cercanos a estrellas brillantes, gracias a un dispositivo que enmascara el brillo de la estrella.

En diciembre de 2014, GPI empezó a buscar cientos de estrellas cercanas y, apenas un mes más tarde, el becario de posdoctorado de la UC Berkeley, Robert De Rosa, empezó a observar los datos iniciales. Pronto advirtió que algo grande estaba orbitando alrededor de una joven estrella en un sistema estelar triple a apenas 100 años luz de la Tierra. Él y el estudiante graduado Jason Wang reunieron al equipo de GPI, que confirmaron el planeta.

51 Eridani b

51 Eridani b Crédito Danielle Futselaar y ranck Marchis, SETI Institute

El planeta, llamado 51 Eridani b, es un millón de veces más tenue que su estrella, 51 Eridani, y muestra la señal de metano más fuerte jamás detectada en un exoplaneta, que arrojaría pistas sobre cómo se formó el planeta. El sistema planetario es muy joven – alrededor de 20 millones de años, en comparación con nuestro Sistema Solar, de 4500 millones de años – y proporciona una visión del aspecto que podría haber tenido Júpiter en su infancia.

“Éste es exactamente el tipo de planeta que imaginábamos descubrir cuando diseñamos GPI”, dice James Graham, profesor de Astronomía en la UC Berkeley y científico del proyecto GPI. “Queríamos encontrar planetas cuando son jóvenes, de forma que podamos analizar el proceso de formación”.

El planeta se estima que tiene, aproximadamente, el doble de la masa de Júpiter, y orbita a una distancia de 13 unidades astronómicas, ligeramente más lejos de lo que se encuentra Saturno del Sol. Una unidad astronómica, o UA, es igual a la distancia Tierra-Sol, o 150 millones de kilómetros. Dos de las estrellas del sistema forma un par cerrado lejos de la estrella madre del planeta y, aparentemente, no afectan a la órbita del planeta.

Los espectros del planeta revelan gas metano, así como agua, condiciones similares a las que se cree que se dan en las profundidades de la atmósfera de Júpiter.

“Juzgándolo por su baja luminosidad, baja temperatura, y fuerte señal de metano, éste es el exoplaneta más similar a Júpiter del que jamás se ha tomado una imagen”, comenta Graham.

“Muchos de los exoplanetas anteriormente estudiados por los astrónomos, tienen atmósferas similares a las de estrellas muy frías”, señala Bruce Macintosh, profesor de física en el Instituto Kavli de la Universidad de Stanford, quien lideró la construcción del GPI, y ahora dirige el estudio. “Éste tiene la apariencia de un planeta”.

Graham, Macintosh, De Rosa, Wang y otros miembros del equipo publican sus resultados en línea el 13 de agosto en Science Express.

Inicio caliente vs inicio frío

Los astrónomos creen que los gigantes gaseosos de nuestro Sistema Solar se formaron acumulando un gran núcleo rocoso a lo largo de unos pocos millones de años, y luego arrastrando una inmensa cantidad de hidrógeno y otros gases para formar una atmósfera. Pero los exoplanetas gigantes gaseosos que se han descubierto hasta el momento, mediante la imagen directa, están calientes, lo que apunta a que se formaron mucho más rápidamente conforme el material colapsaba para crear un planeta ardiente, lo que se conoce como un escenario de “inicio caliente”. El escenario de inicio frío, llamado también de acreción de núcleo, puede también formar planetas rocosos similares a la Tierra y Marte, pero el modelo de inicio caliente de colapso gravitatorio sólo podría crear planetas gigantes gaseosos.

La baja temperatura de 51 Eridani b, que se estima en unos 430 Celsius, puede significar que éste es el primer ejemplo de planeta fotografiado directamente que es consistente con un mecanismo de formación de inicio frío, concluye el equipo.

“El exoplaneta 51 Eridani b es el primero en estar lo bastante frío y cercano a su estrella como para haberse formado justo de esta forma a la vieja usanza”, comenta Macintosh. “Este planeta realmente podría haberse formado del mismo modo en que lo hizo Júpiter; todo el sistema planetario podría ser muy parecido al nuestro”,

Hay cientos de planetas un poco mayores que la Tierra ahí fuera, apunta Macintosh, pero hasta el momento no hemos tenido modo de saber si son realmente “súper-Tierras” o, simplemente, planetas gaseosos pequeños o helados como Neptuno, o algo totalmente diferente. Usar GPI para estudiar sistemas solares más jóvenes, tales como 51 Eridani, ayudará a los astrónomos a comprender la formación de nuestros planetas vecinos, y lo común que es este mecanismo de formación planetaria en el universo.

“Nuestro conocimiento, a día de hoy, sobre cómo se forman los planetas, me recuerda a nuestro conocimiento de los años 1950 y 1960 de cómo se forman las estrellas”, señala Graham.

Imagen directa

Apenas se han fotografiado un puñado de exoplanetas, pero, incluso sin imágenes, los astrónomos han hallado formas de estudiar sus atmósferas. Cuando un planeta pasa frente a su estrella, lo que se conoce como tránsito, parte de la luz de la estrella queda bloqueada o absorbida, arrojando una señal espectral de los compuestos químicos que hay en la atmósfera. Las frecuencias (longitudes de onda, o colores) de la luz reflejada por el planeta pueden proporcionar una información similar.

Pero esas técnicas muestrean sólo una fina capa del material en la parte superior de la atmósfera, señala Graham. GPI detecta la luz emitida directamente por los planetas, en lugar de la luz reflejada o transmitida a través de la atmósfera. Esta luz procede del calor remanente tras el colapso gravitatorio de gas y polvo que formó el planeta. Cuando observamos a Júpiter, la mitad de la luz que vemos, principalmente en el infrarrojo, procede del calor interno que permanece tras el colapso para formar el planeta hace 4500 millones de años.

El nuevo planeta es tan joven que casi toda la luz observada procede del interior, lo que permite a los astrónomos muestrear la estructura química en distintas capas atmosféricas.

El equipo planea empezar a observar de nuevo el planeta a finales de septiembre, cuando surja detrás del Sol, y esperan encontrar que el planeta se ha movido a lo largo de su órbita, confirmación de que es, en efecto, un planeta.

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