El planeta Beta Pictoris b es visible orbitando su estrella anfitriona en esta imagen compuesta del telescopio de 3,6 m del Observatorio Europeo Austral (ESO) y el instrumento NACO en el Very Large Telescope de 8,2 m de ESO. El sistema Beta Pictoris tiene solo unos 20 millones de años, aproximadamente 225 veces más joven que el Sistema Solar. La observación de este sistema dinámico y de rápida evolución puede ayudar a los astrónomos a arrojar luz sobre los procesos de formación de planetas y la evolución temprana. Crédito:ESO / A-M. Lagrange y col.
La masa de un exoplaneta muy joven se ha revelado por primera vez utilizando datos de la nave espacial de cartografía estelar de la ESA Gaia y su predecesora. el satélite Hipparcos retirado hace un cuarto de siglo.
Los astrónomos Ignas Snellen y Anthony Brown de la Universidad de Leiden, Los países bajos, Dedujo la masa del planeta Beta Pictoris b del movimiento de su estrella anfitriona durante un largo período de tiempo según lo capturaron Gaia e Hipparcos.
El planeta es un gigante gaseoso similar a Júpiter pero, según la nueva estimación, es de 9 a 13 veces más masivo. Orbita la estrella Beta Pictoris, la segunda estrella más brillante de la constelación de Pictor.
El planeta solo fue descubierto en 2008 en imágenes capturadas por el Very Large Telescope en el Observatorio Europeo Austral en Chile. Tanto el planeta como la estrella tienen solo unos 20 millones de años, aproximadamente 225 veces más jóvenes que el Sistema Solar. Su corta edad hace que el sistema sea intrigante pero también difícil de estudiar con métodos convencionales.
"En el sistema Beta Pictoris, el planeta se acaba de formar esencialmente, "dice Ignas." Por lo tanto, podemos tener una imagen de cómo se forman los planetas y cómo se comportan en las primeras etapas de su evolución. Por otra parte, la estrella está muy caliente, gira rápido, y pulsa ".
Este comportamiento dificulta a los astrónomos medir con precisión la velocidad radial de la estrella, la velocidad a la que parece moverse periódicamente hacia la Tierra y alejándose de ella. Pequeños cambios en la velocidad radial de una estrella, causado por la atracción gravitacional de los planetas en su vecindad, se utilizan comúnmente para estimar masas de exoplanetas. Pero este método funciona principalmente para sistemas que ya han pasado por las primeras etapas ardientes de su evolución.
En el caso de Beta Pictoris b, Se había llegado a los límites superiores del rango de masa del planeta antes de usar el método de velocidad radial. Para obtener una mejor estimación, los astrónomos utilizaron un método diferente, aprovechando las medidas de Hipparcos y Gaia que revelan la posición precisa y el movimiento de la estrella anfitriona del planeta en el cielo a lo largo del tiempo.
"La estrella se mueve por diferentes motivos, "dice Ignas." Primero, la estrella gira alrededor del centro de la Vía Láctea, tal como lo hace el sol. Eso aparece desde la Tierra como un movimiento lineal proyectado en el cielo. Lo llamamos movimiento propio. Y luego está el efecto de paralaje, que es causado por la Tierra orbitando alrededor del Sol. Debido a esto, durante el año, vemos la estrella desde ángulos ligeramente diferentes ".
Y luego hay algo que los astrónomos describen como 'pequeños bamboleos' en la trayectoria de la estrella a través del cielo:minúsculas desviaciones del curso esperado causadas por la atracción gravitacional del planeta en la órbita de la estrella. Este es el mismo bamboleo que se puede medir a través de cambios en la velocidad radial, pero en una dirección diferente - en el plano del cielo, en lugar de a lo largo de la línea de visión.
Los astrónomos pueden medir la masa de los exoplanetas observando pequeñas desviaciones en las trayectorias de sus estrellas anfitrionas causadas por la atracción gravitacional de los planetas en órbita. Estos se pueden observar a lo largo de la línea de visión, buscando pequeños cambios en la velocidad radial de una estrella, o en el plano del cielo, utilizando medidas astrométricas. Para poder realizar evaluaciones precisas, las observaciones astrométricas deben cubrir un período de muchos años. En esta imagen, la espiral de rayas blancas muestra la evolución de la trayectoria de una estrella observable desde la Tierra, causado por la combinación de paralaje y movimiento propio. La banda marrón muestra el rango de desviaciones de la trayectoria de la estrella causadas por un posible planeta que la orbita. Crédito:Agencia Espacial Europea
"Estamos viendo la desviación de lo que se espera si no hubiera un planeta y luego medimos la masa del planeta a partir de la importancia de esta desviación, "dice Anthony." Cuanto más masivo es el planeta, cuanto más significativa es la desviación ".
Para poder hacer tal evaluación, Los astrónomos necesitan observar la trayectoria de la estrella durante un largo período de tiempo para comprender correctamente el movimiento adecuado y el efecto de paralaje.
La misión de Gaia, diseñado para observar más de mil millones de estrellas en nuestra galaxia, eventualmente podrá proporcionar información sobre una gran cantidad de exoplanetas. En los 22 meses de observaciones incluidas en la segunda publicación de datos de Gaia, publicado en abril, el satélite ha registrado la estrella Beta Pictoris unas treinta veces. Ese, sin embargo, no es suficiente.
"Gaia encontrará miles de exoplanetas, que todavía está en nuestra lista de tareas pendientes, "dice Timo Prusti, Científico del proyecto Gaia de la ESA. "La razón por la que los exoplanetas se pueden esperar solo al final de la misión es el hecho de que, para medir la pequeña oscilación que están causando los exoplanetas, necesitamos rastrear la posición de las estrellas durante varios años ".
Combinando las mediciones de Gaia con las de la misión Hipparcos de la ESA, que observó Beta Pictoris 111 veces entre 1990 y 1993, permitió a Ignas y Anthony obtener su resultado mucho más rápido. Esto llevó a la primera estimación exitosa de la masa de un planeta joven utilizando medidas astrométricas.
"Al combinar datos de Hipparcos y Gaia, que tienen una diferencia de tiempo de unos 25 años, obtienes un movimiento adecuado a muy largo plazo, "dice Anthony.
"Este movimiento adecuado también contiene el componente causado por el planeta en órbita. Hipparcos por sí solo no habría podido encontrar este planeta porque se vería como una estrella única perfectamente normal a menos que lo hubiéramos medido durante mucho más tiempo.
"Ahora, al combinar Gaia e Hipparcos y observar la diferencia en el movimiento adecuado a largo plazo y a corto plazo, podemos ver el efecto del planeta en la estrella ".
El resultado representa un paso importante hacia una mejor comprensión de los procesos involucrados en la formación de planetas, y anticipa los emocionantes descubrimientos de exoplanetas que desencadenarán los futuros lanzamientos de datos de Gaia.
"La masa del joven planeta Beta Pictoris b a través del movimiento astrométrico de su estrella anfitriona, "por I. Snellen y A. Brown se publica en Astronomía de la naturaleza , 20 de agosto de 2018.
