El censo de exoplanetas asciende ahora a 5.599 descubrimientos confirmados en 4.163 sistemas estelares, y otros 10.157 candidatos esperan confirmación. Hasta ahora, la gran mayoría de estos se han detectado utilizando métodos indirectos, incluida la fotometría de tránsito (74,4%) y las mediciones de velocidad radial (19,4%).
Sólo 19 (o el 1,2%) se detectaron mediante imágenes directas, un método en el que la luz reflejada desde la atmósfera o superficie de un exoplaneta se utiliza para detectarlo y caracterizarlo. Gracias a la última generación de instrumentos de alto contraste y alta resolución angular, esto está empezando a cambiar.
Esto incluye el Telescopio Espacial James Webb y sus sofisticados espejos y su avanzado conjunto de imágenes infrarrojas. Utilizando datos obtenidos por la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) de Webb, los astrónomos del estudio MIRI mid-INfrared Disk Survey (MINDS) estudiaron recientemente una estrella variable muy joven (PDS 70) a unos 370 años luz de distancia con dos protoplanetas confirmados. P>
Después de examinar el sistema y su disco de escombros extendido, encontraron evidencia de un tercer posible protoplaneta orbitando la estrella. Estas observaciones podrían ayudar a avanzar en nuestra comprensión de los sistemas planetarios que aún están en proceso de formación.
El estudio MINDS es una colaboración internacional formada por astrónomos y físicos del Instituto Max-Planck de Astronomía (MPIA), el Instituto Astronómico Kapteyn, el Instituto de Investigación Espacial de la Academia Austriaca de Ciencias (OAW-IFW), el Instituto Max-Planck Instituto de Física Extraterrestre (MPE), el Centro de Astrobiología (CAB), el Instituto Nacional de Astrofísica (INAF), el Instituto de Estudios Avanzados de Dublín (DIAS), el Instituto Holandés de Investigación Espacial SRON y varias universidades.
El artículo que describe sus hallazgos aparecerá en la revista Astronomy &Astrophysics. y actualmente está disponible en arXiv servidor de preimpresión.
PDS 70 ha sido objeto de interés en los últimos años debido a su corta edad (5,3 a 5,5 millones de años) y al disco protoplanetario que lo rodea. Entre 2018 y 2021, se confirmaron dos planetas protoplanetas dentro de los huecos de este disco basándose en datos de imágenes directas adquiridos por sofisticados telescopios terrestres. Esto incluyó los instrumentos espectropolarimétricos de investigación de exoplanetas de alto contraste (SPHERE) y GRAVITY en el Very Large Telescope (VLT) de ESO y el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).
En los últimos años, el equipo MINDS ha utilizado datos espectrales de Webb para realizar inventarios químicos en discos protoplanetarios en múltiples sistemas estelares. En un estudio anterior basado en datos del Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI) de Webb, el equipo MINDS detectó agua en el disco interno de PDS 70, ubicado a unos 160 millones de kilómetros (100 millones de millas) o 1.069 AU de la estrella, un hallazgo que podría tener implicaciones para la astrobiología y los orígenes del agua en planetas rocosos (como la Tierra). Estos resultados mostraron las impresionantes capacidades de Webb y cómo puede observar el cosmos en longitudes de onda infrarrojas (IR) inaccesibles para los observatorios terrestres.
Valentin Christiaens, investigador postdoctoral de F.R.S-FNRS en la Universidad de Lieja y KU Leuven, fue el autor principal de este último artículo. "La ventaja de los instrumentos de Webb es que observan en longitudes de onda infrarrojas que no se pueden observar desde la Tierra debido a nuestra atmósfera, que absorbe la mayor parte del espectro infrarrojo", dijo a Universe Today por correo electrónico. "Gracias a Webb podemos obtener mediciones de planetas en formación (llamados protoplanetas) en infrarrojo, lo que nos permite limitar mejor nuestros modelos de formación de planetas."
Para su último estudio, el equipo MINDS examinó PDS 70 utilizando datos de NIRCam de Webb como parte del programa MIRI de Observaciones en Tiempo Garantizado sobre la formación de planetas. Christiaens y su equipo se sintieron motivados a estudiar más a fondo PDS 70 porque investigaciones anteriores indicaban la posible detección de un tercer protoplaneta. Esto convierte al sistema en un laboratorio ideal para estudiar las interacciones planeta-disco y buscar firmas de acreción. La presencia de una posible tercera señal fue detectada en 2019 por un equipo que utilizaba el instrumento VLT/SPHERE, pero no ha sido confirmada desde entonces.
Una posible interpretación de esta señal es que rastrea un tercer planeta. Utilizando datos de NIRCam, Christiaens y sus colegas intentaron volver a detectar esta señal y confirmar que se trataba de un tercer planeta del sistema. El JWST es especialmente adecuado para esta tarea, gracias a su óptica y coronógrafo avanzados, que eliminan la interferencia de las imágenes de Webb al bloquear la luz de la estrella. Él y sus colegas también contaron con la ayuda de algoritmos avanzados que ayudan a separar la luz estelar de otras fuentes puntuales en órbita (como exoplanetas) y discos de escombros. Como explicó Christiaens:
"La observación de otra estrella, llamada estrella de referencia, puede utilizarse para restar luz de la estrella de interés y buscar exoplanetas allí. En nuestro estudio, optamos por una técnica llamada 'resta de rodillos', donde dos secuencias de Se toman imágenes de la estrella de interés antes y después de girar el instrumento, respectivamente, de modo que la posición de un exoplaneta haya girado en las dos secuencias de imágenes. A partir de ahí, restando las imágenes de una secuencia de las de la otra, y y viceversa, podemos deshacernos efectivamente de la luz de la estrella y crear imágenes de su entorno:planetas y disco".
Luego, el equipo combinó sus mediciones con observaciones previas realizadas con instrumentos terrestres y las comparó con modelos de formación planetaria. De esto pudieron deducir la cantidad de gas y polvo acumulado alrededor del protoplaneta durante el período de observación. La calidad de las imágenes también les permitió resaltar un brazo espiral de gas y polvo que abastece al segundo candidato confirmado (PDS 70 c), como predijeron los modelos. Por último, detectaron una señal brillante consistente con un candidato a protoplaneta envuelto en polvo.
"Lo que hace que este candidato sea tan interesante es que podría estar en resonancia 1:2:4 con los planetas b y c, ya confirmados en el sistema (es decir, su período orbital será casi exactamente dos y cuatro veces más corto que el de b yc, respectivamente)", dijo Christiaens. Esto es precisamente lo que sucede con tres de las lunas galileanas de Júpiter (Ganimedes, Europa e Io), que también están en resonancia 1:2:4. La posibilidad de un sistema estelar con tres planetas en esta relación orbital sería una mina de oro para los astrónomos. "Sin embargo, se necesitan más observaciones antes de que se pueda confirmar esta resonancia", añadió Christiaens.
Además de demostrar las capacidades de Webb, estos hallazgos podrían ayudar a informar nuestra comprensión actual de cómo se forman y evolucionan los sistemas planetarios. Este es uno de los principales objetivos del JWST:utilizar su óptica infrarroja avanzada para sondear sistemas estelares jóvenes donde los planetas aún están en proceso de formación. Esta ha sido una alta prioridad para los astrónomos desde que Kepler comenzó a detectar exoplanetas que desafiaban las teorías ampliamente aceptadas sobre cómo se forman y evolucionan los sistemas planetarios. En particular, la detección de muchos gigantes gaseosos que orbitan cerca de sus soles ("Júpiter calientes") contradijo las teorías de que los gigantes gaseosos se forman en los confines de los sistemas estelares.
Al observar sistemas estelares jóvenes en diferentes etapas de formación, los astrónomos esperan probar varias teorías sobre cómo surgió el sistema solar.
Como resumió Christiaens:"Se cree que la migración de los planetas desempeña un papel crucial en la evolución de los sistemas planetarios y ayuda a explicar la diversidad de sistemas encontrados hasta la fecha mediante métodos indirectos. En muchos sistemas maduros, se ha descubierto que los planetas resuenan entre sí. , lo que sugiere que esta migración efectivamente tuvo lugar en el pasado. En nuestro caso, observamos un sistema muy joven, aún en formación, donde los dos planetas gigantes conocidos parecen estar en resonancia y donde, si se confirma, estaría el tercer planeta potencial. también con los otros dos. En el caso del sistema solar, sospechamos que la migración y la captura de resonancia de los planetas gigantes probablemente también tuvo lugar hace mucho tiempo, [lo que podría] explicar su configuración actual (hipótesis de Great Tack). . ¡Aquí lo estamos observando potencialmente en vivo en otro sistema!"
Más información: V. Christiaens et al, MINDS:Imágenes JWST/NIRCam del disco protoplanetario PDS 70, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2403.04855
Proporcionado por Universe Today
