Spitzer de la NASA ilumina exoplanetas en sesión informativa de la Sociedad Astronómica

El planeta XO-3b tiene una fuente interna de calor, posiblemente del calentamiento por mareas, que es causado por la compresión del interior del planeta por la gravedad de su estrella madre. Esto podría verse incrementado por la órbita ligeramente elíptica del planeta (que se muestra a la derecha), lo que significa que tiene una forma más ovalada que circular.
Crédito:
NASA/JPL-Caltech

El observatorio infrarrojo puede ayudar a responder preguntas sobre planetas fuera de nuestro Sistema Solar o exoplanetas, incluido cómo se forman y qué impulsa el clima en sus atmósferas.

Dos nuevos estudios que utilizan datos del telescopio espacial Spitzer retirado de la NASA arrojan luz sobre exoplanetas gigantes y enanas marrones, objetos que no son del todo estrellas pero tampoco son del todo planetas. Ambos estudios serán el foco de las conferencias de prensa virtuales organizadas por la Sociedad Astronómica Estadounidense el 13 de Enero.

Una investigación muestra que el clima en las enanas marrones, que se forman como estrellas pero no tienen suficiente masa para comenzar a quemar hidrógeno en sus núcleos como lo hacen las estrellas, varía con la edad. Las enanas marrones y los exoplanetas gigantes son similares en diámetro, masa y composición, por lo que comprender las propiedades atmosféricas de uno puede proporcionar información sobre las del otro.

El segundo estudio pertenece a un cuerpo de trabajo que analiza los Júpiter calientes, exoplanetas gaseosos que orbitan muy cerca de sus estrellas madre. ¿Cómo surgen estos planetas masivos? ¿Podría haber subclases de Júpiter calientes con diferentes historias de formación? Para buscar respuestas, los autores del estudio observaron el exoplaneta XO-3b, un raro ejemplo de un Júpiter caliente observado mientras migraba más cerca de su estrella anfitriona.

Análogos de exoplanetas

La edad a menudo trae estabilidad a los humanos, y eso también parece ser cierto para los objetos cósmicos. Johanna Vos, Astrofísica del Museo Americano de Historia Natural en Nueva York, discutirá una encuesta de Spitzer publicada en el Astrophysical Journal que encontró una mayor variabilidad en el clima en las enanas marrones jóvenes en comparación con las viejas.

Con respecto a las enanas marrones, la palabra variabilidad se refiere a los cambios a corto plazo en la intensidad de las diferentes longitudes de onda de la luz infrarroja proveniente de la atmósfera del objeto. Los astrónomos creen que estas variaciones son causadas por las nubes, que reflejan y absorben la luz en la atmósfera.

Esta ilustración muestra cómo se verían las nubes en la atmósfera de una enana marrón. Usando el Telescopio Espacial Spitzer retirado de la NASA, los científicos pudieron detectar nubes y otras características climáticas en las atmósferas de las enanas marrones. 
Crédito:
NASA/JPL-Caltech/IPAC/T. Pyle

La alta variabilidad podría indicar una característica atmosférica importante, tal vez como la Gran Mancha Roja de Júpiter, una tormenta más grande que la Tierra que ha estado girando durante cientos de años. También puede indicar una atmósfera que cambia rápidamente, lo que puede tener múltiples causas, como grandes diferencias de temperatura en la atmósfera o turbulencia (a veces causada por fuertes vientos).

Comparando las enanas marrones jóvenes con observaciones previas de Spitzer de enanas marrones más viejas, los autores encontraron que es más probable que los objetos jóvenes muestren variaciones atmosféricas. También encontraron que las variaciones son más grandes y dramáticas en las enanas marrones más jóvenes. Vos y sus colegas atribuyen la diferencia al hecho de que las enanas marrones son más hinchadas cuando son jóvenes pero se vuelven más compactas a medida que envejecen, lo que probablemente hace que la atmósfera parezca más uniforme.

Las enanas marrones jóvenes son similares en diámetro, masa y composición a los exoplanetas gigantes compuestos principalmente de gas. Pero estudiar exoplanetas grandes es complicado por la presencia cercana de sus estrellas madre: el compañero irradia la atmósfera del planeta, lo que cambia la temperatura, o incluso la química, y afecta el clima. La luz brillante de la estrella también dificulta ver el planeta mucho más débil.

Las enanas marrones, por otro lado, pueden actuar como una especie de grupo de control y ser observadas de forma aislada en el espacio. Los autores del estudio planean incorporar el nuevo hallazgo en modelos de cómo las atmósferas de enanas marrones y exoplanetas gigantes evolucionan con la edad.

Gigantes migratorios

Aunque los Júpiter calientes son el tipo de exoplaneta más estudiado, quedan preguntas importantes sobre cómo se forman. Por ejemplo, ¿estos planetas toman forma lejos de sus estrellas madre, a una distancia donde hace suficiente frío para que moléculas como el agua se solidifiquen, o más cerca? El primer escenario encaja mejor con las teorías sobre cómo nacen los planetas en nuestro propio Sistema Solar, pero aún no está claro qué impulsaría a este tipo de planetas a migrar tan cerca de sus estrellas madre.

Lisa Dang, científica de exoplanetas de la Universidad McGill en Montreal, y sus colegas utilizaron datos de Spitzer para estudiar un exoplaneta llamado XO-3b, que tiene una órbita excéntrica (ovalada) en lugar de la órbita circular de casi todos los demás Júpiter calientes conocidos. La órbita excéntrica indica que XO-3b pudo haber migrado recientemente hacia su estrella madre; si ese es el caso, eventualmente se establecerá en una órbita más circular.

Las observaciones de Gaia, un observatorio espacial de la ESA (Agencia Espacial Europea) y Spitzer sugieren que el planeta produce algo de su propio calor, pero los científicos no saben por qué. Los datos de Spitzer también proporcionan un mapa de los patrones climáticos del planeta. Es posible que el exceso de calor provenga del interior del planeta, a través de un proceso llamado calentamiento por mareas. El apretón gravitatorio de la estrella sobre el planeta oscila a medida que la órbita irregular lleva al planeta más lejos y luego más cerca de la estrella. Los cambios resultantes en la presión interior producen calor.

Para Dang, un Júpiter inusualmente caliente brinda la oportunidad de probar ideas sobre qué procesos de formación pueden producir ciertas características en estos exoplanetas. Por ejemplo, ¿el calentamiento de las mareas en otros Júpiter calientes también podría ser un signo de migración reciente? XO-3b por sí solo no resolverá el misterio, pero sirve como una prueba importante para las ideas emergentes sobre estos gigantes abrasadores.

Más sobre la misión

Todo el cuerpo de datos científicos recopilados por Spitzer durante su vida está disponible para el público a través del archivo de datos de Spitzer , alojado en el Archivo de ciencia infrarroja en IPAC en Caltech en Pasadena, California. El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California administró la misión del Telescopio Espacial Spitzer para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington.

Las operaciones científicas se llevaron a cabo en el Centro de Ciencias Spitzer en IPAC. Las operaciones de la nave espacial se basaron en Lockheed Martin Space en Littleton, Colorado.

Fuente: NASA Jet Propulsion Laboratory – Calthec.

Artículo original:NASA’s Spitzer Illuminates Exoplanets in Astronomical Society Briefing‘. Calla Cofield. Jan. 13, 2022.

Material relacionado

Sobre las Enanas Marrones

Las enanas marrones comparten ciertas características tanto con las estrellas como con los planetas. Generalmente, son menos masivas que las estrellas y más masivas que los planetas. Una enana marrón se convierte en estrella si la presión de su núcleo aumenta lo suficiente como para iniciar la fusión nuclear, el proceso que hace que las estrellas brillen.  Detalles completos de la imagen.
Crédito: 
NASA / JPL-Caltech.

Las enanas marrones no son del todo estrellas ni planetas, y un nuevo estudio sugiere que podría haber más de ellas acechando en nuestra galaxia de lo que los científicos pensaban anteriormente.

Un nuevo estudio ofrece una explicación tentadora de cómo surgió un objeto cósmico peculiar llamado WISEA J153429.75-104303.3, apodado «El Accidente». El Accidente es una enana marrón. Aunque se forman como estrellas, estos objetos no tienen suficiente masa para iniciar la fusión nuclear, el proceso que hace que las estrellas brillen. Y aunque las enanas marrones a veces desafían la caracterización, los astrónomos conocen bien sus características generales. O lo hicieron, hasta que encontraron esta.

El siguiente artículo lo presenta y contiene una rica selección de recursos sobre el tema que incluye, los telescopios espaciales que observan en el infrarrojo, el descubrimientos de enanas marrones por aficionados, el estudio del límite entre exoplanetas gaseosos y enanas marrones, etc.

Las Dos Enanas Marrones en Tránsito más Antiguas que se Conocen

_ Las Enanas Marrones (Brown Dwarfs, BD) son objetos con masas de 13 a 80 veces la masa de Júpiter pero aproximadamente del mismo radio (0.7-1.4 R J ). El límite de masa inferior los separa de los planetas, ya que su núcleo fusiona el deuterio. Por otro lado, si se vuelven demasiado masivas (80 M J ), sus núcleos comienzan a fusionar hidrógeno y se convierten en una estrella de secuencia principal. 

De manera similar a un planeta, cuando una BD pasa frente a su estrella anfitriona, provoca una caída en la curva de luz de la estrella. Esto nos permite detectar las BD con misiones como el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS).

Desierto de Enanas Marrones 

Debido a su radio similar a Júpiter y su mayor masa, los tránsitos de BD deberían ser tan fáciles de detectar como el de los planetas gigantes, sin embargo, solo hay 23 enanas marrones en tránsito conocidas. 

La falta de BD en tránsito conocidas se conoce como el «desierto de las enanas marrones». La respuesta a este problema puede estar en su mecanismo de formación, ya sea que se formen como estrellas o planetas. Se necesitan mediciones precisas de masa, radio y parámetros orbitales para comprender la formación y evolución de las BD. 

El artículo a continuación, informa el descubrimiento de dos nuevas BD en tránsito con mediciones confiables de masa, radio y edad. Con edades superiores a 3 Gyr, son las BD en tránsito más antiguas con mediciones bien restringidas:

Fuertes auroras encontradas en una enana marrón

El concepto de este artista muestra una exhibición de auroras en una enana marrón. Si pudieras ver una aurora en una enana marrón, sería un millón de veces más brillante que una aurora en la Tierra. 
Crédito: Chuck Carter y Gregg Hallinan/Caltech

Las enanas marrones son objetos tenues y fríos que tienen cualidades de estrellas y planetas

Los investigadores han descubierto señales de auroras en una enana marrón llamada LSRJ1835+3259, que se encuentra a 20 años luz de distancia

Los objetos misteriosos llamados enanas marrones a veces se denominan «estrellas fallidas». Son demasiado pequeños para fusionar hidrógeno en sus núcleos, como lo hacen la mayoría de las estrellas, pero también demasiado grandes para ser clasificados como planetas. Pero un nuevo estudio en la revista Nature sugiere que tienen éxito en la creación de poderosas auroras, similares a las que se ven alrededor de los polos magnéticos de la Tierra.

Sobre los Júpiter calientes

Los astrónomos proporcionan una ‘guía de campo’ para los exoplanetas conocidos como júpiter calientes

La atmósfera turbulenta de un planeta gaseoso y caliente conocido como HD 80606b se muestra en esta simulación basada en datos del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA. El planeta pasa la mayor parte de su tiempo lejos de su estrella, pero cada 111 días, se balancea extremadamente cerca de la estrella, experimentando una explosión masiva de calor.
Crédito: NASA / JPL-CalTech

Al combinar las observaciones del telescopio espacial Hubble con modelos teóricos, un equipo de astrónomos ha obtenido conocimientos sobre la composición química y física de una variedad de exoplanetas conocidos como Júpiter calientes. Los hallazgos proporcionan una nueva y mejorada «guía de campo» para este grupo de planetas e informan ideas sobre la formación de planetas en general. La publicación a continuación lo expone y contiene una selección de recursos sobre los ‘Júpiters Calientes’ que incluyen, su migración, proyectos para aficionados (Ciencia ciudadana), etc.

Cheops revela un exoplaneta con forma de pelota de rugby

La misión de exoplanetas Cheops de la ESA ha revelado que un exoplaneta que orbita alrededor de su estrella anfitriona dentro de un día está deformado, siendo su apariencia más parecida a la de una pelota de rugby que a la de una esfera. Esta es la primera vez que se detecta la deformación de un exoplaneta, lo que ofrece nuevos conocimientos sobre la estructura interna de estos planetas que abrazan a su estrella anfitriona.

El planeta, conocido como WASP-103b, se encuentra en la constelación de Hércules. Ha sido deformado por las fuertes fuerzas de marea entre el planeta y su estrella anfitriona WASP-103, que es unos 200 grados más caliente y 1,7 veces más grande que el Sol.

La publicación a continuación lo expone y contiene en al apartado «Material relacionado» recursos sobre el Calentamiento por Marea Gravitatoria (Tidal Heating):

Tres residentes lejanos atípicos en un mar de planetas, estrellas y enanas marrones.

Aunque vivimos en un planeta, todavía no tenemos una comprensión firme de cómo se forman los planetas, incluso el nuestro. Uno de los modelos más populares para la construcción de planetas es el modelo estándar de acreción de núcleos. En este modelo, los planetas en miniatura (conocidos como planetesimales ) están ubicados dentro de un disco de gas que rodea una estrella central. Los planetesimales chocan y se adhieren entre sí, formando un núcleo más grande que acumula el gas circundante y eventualmente forma un planeta.

Hasta 2010, este modelo en realidad solo había sido explorado y probado hasta unas 10 Unidades Astronómicas (UA) de distancia de la estrella central. A distancias mayores, hubo un poco de ‘el salvaje oeste’ con respecto a cómo se forman los planetas, especialmente en un sistema planetario bien estudiado conocido como HR 8799. HR 8799 consta de cuatro objetos, cada uno ~ 10 veces la masa de Júpiter que orbita una estrella central en distancias entre 30 y 70 UA. (HR 8799 también se analiza en estos otros tres astrobites ). Con las teorías actuales incapaces de explicar las ubicaciones de los planetas en HR 8799, los autores de este artículo exploran un nuevo mecanismo para formar los planetas en HR 8799: inestabilidad gravitacional. 

Curiosidades

El Acton Sky Portal, un observatorio privado residencial, tiene el telescopio de reconocimiento RASA 11 (izquierda) y un telescopio de campo estrecho Celestron C14 para observaciones de seguimiento (derecha).
Crédito: Paul Benni.

Un par de astrónomos, uno profesional y el otro aficionado, se han unido para llenar un nicho importante en la investigación de exoplanetas. Ellos informaron sobre tres nuevos descubrimientos: un Júpiter caliente, una enana marrón y un sistema binario eclipsante.

El trabajo a continuación lo aborda y contiene además una selección de recursos sobre búsqueda ciudadana de exoplanetas, en particular, el proyecto Planet Hunter TESS:

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