Los resultados del estudio de 531 estrellas y sus exoplanetas en el cielo austral se trazan para indicar su distancia a la Tierra. Los puntos grises son estrellas sin exoplanetas ni disco de polvo; las rojas son estrellas con un disco de polvo pero sin planetas; las estrellas azules tienen planetas. Los puntos con anillos indicaban estrellas fotografiadas varias veces. Crédito:Paul Kalas, UC Berkeley; Dmitry Savransky, Cornell; Robert De Rosa, Stanford.
A medida que los planetas se forman en los remolinos de gas y polvo alrededor de las estrellas jóvenes, parece haber un punto óptimo donde la mayoría de los grandes, Gigantes gaseosos parecidos a Júpiter se congregan, centrado alrededor de la órbita donde Júpiter se encuentra hoy en nuestro propio sistema solar.
La ubicación de este punto dulce es entre 3 y 10 veces la distancia que la Tierra se encuentra de nuestro sol (3-10 unidades astronómicas, o AU). Júpiter está a 5,2 UA de nuestro sol.
Esa es solo una de las conclusiones de un análisis sin precedentes de 300 estrellas capturadas por Gemini Planet Imager, o GPI, un detector de infrarrojos sensible montado en el telescopio Gemini South de 8 metros en Chile.
La encuesta de exoplanetas de GPI, o GPIES, es uno de los dos grandes proyectos que buscan exoplanetas directamente, bloqueando la luz de las estrellas y fotografiando los planetas mismos, en lugar de buscar oscilaciones reveladoras en la estrella, el método de velocidad radial, o planetas que se cruzan frente a la estrella, la técnica del tránsito. La cámara GPI es sensible al calor que desprenden los planetas recién formados y las enanas marrones. que son más masivos que los planetas gigantes gaseosos, pero todavía demasiado pequeño para encender la fusión y convertirse en estrellas.
El análisis de las primeras 300 de más de 500 estrellas encuestadas por GPIES, publicado el 12 de junio en el El diario astronómico , "es un hito, "dijo Eugene Chiang, profesor de astronomía de UC Berkeley y miembro del grupo teórico de la colaboración. "Ahora tenemos excelentes estadísticas sobre la frecuencia con la que ocurren los planetas, su distribución de masa y qué tan lejos están de sus estrellas. Es el análisis más completo que he visto en este campo ".
El estudio complementa los estudios anteriores de exoplanetas contando planetas entre 10 y 100 AU, un rango en el que es poco probable que el estudio de tránsito del telescopio espacial Kepler y las observaciones de velocidad radial detecten planetas. Fue dirigido por Eric Nielsen, científico investigador del Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas de la Universidad de Stanford, e involucró a más de 100 investigadores en 40 instituciones en todo el mundo, incluida la Universidad de California, Berkeley.
Un nuevo planeta una nueva enana marrón
Desde que comenzó la encuesta GPIES hace cinco años, el equipo ha fotografiado seis planetas y tres enanas marrones orbitando estas 300 estrellas. El equipo estima que alrededor del 9 por ciento de las estrellas masivas tienen gigantes gaseosos entre 5 y 13 masas de Júpiter más allá de una distancia de 10 AU. y menos del 1 por ciento tiene enanas marrones entre 10 y 100 UA.
El nuevo conjunto de datos proporciona información importante sobre cómo y dónde se forman los objetos masivos dentro de los sistemas planetarios.
"Al salir de la estrella central, los planetas gigantes se vuelven más frecuentes. Alrededor de 3 a 10 AU, la tasa de ocurrencia alcanza su punto máximo, ", Dijo Chiang." Sabemos que alcanza su punto máximo porque los estudios de Kepler y de velocidad radial encuentran un aumento en la tasa, pasando de Júpiter calientes muy cerca de la estrella a Júpiter a unas pocas AU de la estrella. GPI ha llenado el otro extremo, pasando de 10 a 100 AU, y encontrar que la tasa de ocurrencia cae; los planetas gigantes se encuentran con más frecuencia en 10 que en 100. Si combinas todo, hay un punto óptimo para la ocurrencia de planetas gigantes alrededor de 3 a 10 AU ".
"Con futuros observatorios, particularmente el Telescopio de Treinta Metros y ambiciosas misiones espaciales, comenzaremos a obtener imágenes de los planetas que residen en el punto ideal para las estrellas como el sol, "dijo el miembro del equipo Paul Kalas, profesor adjunto de astronomía de UC Berkeley.
El estudio de exoplanetas descubrió solo un planeta previamente desconocido:51 Eridani b, casi tres veces la masa de Júpiter, y una enana marrón previamente desconocida, HR 2562 B, con un peso de alrededor de 26 masas de Júpiter. Ninguno de los planetas gigantes fotografiados estaba alrededor de estrellas similares al sol. En lugar de, los planetas gigantes de gas se descubrieron solo alrededor de estrellas más masivas, al menos un 50 por ciento más grande que nuestro sol, o 1,5 masas solares.
"Teniendo en cuenta lo que hemos visto nosotros y otras encuestas hasta ahora, nuestro sistema solar no se parece a otros sistemas solares, "dijo Bruce Macintosh, el investigador principal de GPI y profesor de física en Stanford. "No tenemos tantos planetas agrupados tan cerca del sol como ellos tienen sus estrellas y ahora tenemos evidencia tentativa de que otra forma en la que podríamos ser raros es tener este tipo de planetas de Júpiter y más".
"El hecho de que los planetas gigantes sean más comunes alrededor de estrellas más masivas que estrellas similares al sol es un acertijo interesante, "Dijo Chiang.
Debido a que muchas estrellas visibles en el cielo nocturno son estrellas jóvenes masivas llamadas estrellas A, esto significa que "las estrellas que puedes ver en el cielo nocturno con tu ojo tienen más probabilidades de tener planetas de masa de Júpiter a su alrededor que las estrellas más débiles que necesitas un telescopio para ver, "Dijo Kalas." Eso es algo genial ".
El análisis también muestra que los planetas gigantes gaseosos y las enanas marrones, mientras aparentemente en un continuo de masa creciente, Puede haber dos poblaciones distintas que se formaron de diferentes maneras. Los gigantes gaseosos hasta aproximadamente 13 veces la masa de Júpiter, parece haberse formado por acumulación de gas y polvo en objetos más pequeños, de abajo hacia arriba. Enanas marrones, entre 13 y 80 masas de Júpiter, formado como estrellas, por colapso gravitacional —de arriba hacia abajo— dentro de la misma nube de gas y polvo que dio origen a las estrellas.
"Creo que esta es la evidencia más clara que tenemos de que estos dos grupos de objetos, planetas y enanas marrones, forma diferente, "Dijo Chiang." Realmente son manzanas y naranjas ".
La imagen directa es el futuro
El generador de imágenes de planetas Gemini puede obtener imágenes nítidas de planetas alrededor de estrellas distantes, gracias a la óptica adaptativa extrema, que detecta rápidamente turbulencias en la atmósfera y reduce el desenfoque ajustando la forma de un espejo flexible. El instrumento detecta el calor de los cuerpos que aún brillan a partir de su propia energía interna, como exoplanetas que son grandes, entre 2 y 13 veces la masa de Júpiter, y joven, menos de 100 millones de años, en comparación con la edad de nuestro sol de 4.600 millones de años. Aunque bloquea la mayor parte de la luz de la estrella central, el resplandor todavía limita a GPI a ver solo planetas y enanas marrones lejos de las estrellas que orbitan, entre aproximadamente 10 y 100 AU.
El equipo planea analizar datos sobre las estrellas restantes en la encuesta, con la esperanza de conocer mejor los tipos y tamaños más comunes de planetas y enanas marrones.
Chiang señaló que el éxito de GPIES muestra que las imágenes directas serán cada vez más importantes en el estudio de exoplanetas. especialmente para comprender su formación.
"Las imágenes directas son la mejor manera de llegar a planetas jóvenes, ", dijo." Cuando los planetas jóvenes se están formando, sus estrellas jóvenes son demasiado activas, demasiado nervioso, para que los métodos de tránsito o velocidad radial funcionen fácilmente. Pero con imágenes directas, ver es creer."
