Se mide por primera vez cuánto dura un día en un exoplaneta

Crédito:ESO L. Calçada/N. Risinger (skysurvey.org)

Observaciones llevadas a cabo con el telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO, han determinado, por primera vez, la velocidad de rotación de un exoplaneta. Se ha descubierto que la duración de un día en Beta Pictoris b es de tan solo ocho horas. Esta velocidad es mayor a la de cualquier planeta del Sistema Solar— su ecuador se mueve a casi 100.000 kilómetros por hora. Así, este nuevo resultado extiende a los exoplanetas la relación entre masa y rotación existente en el Sistema Solar. En el futuro, técnicas similares utilizando el E-ELT (European Extremely Large Telescope) permitirán a los astrónomos hacer mapas detallados de los exoplanetas.

El exoplaneta “Beta Pictoris b” orbita a la estrella Beta Pictoris [1], [2], visible a simple vista, que se encuentra a unos 63 años luz de la Tierra, en la constelación austral de Pictor (el caballete del pintor). Este planeta fue descubierto hace casi seis años y fue uno de los primeros exoplanetas de los que se obtuvo imagen directa. Orbita a su estrella anfitriona a una distancia  de solo ocho veces la distancia Tierra-Sol (eso1024) — siendo, además, el exoplaneta más cercano a su estrella captado en imágenes directas [3].
Utilizando el instrumento CRIRES, instalado en el VLT, un equipo de astrónomos holandeses de la Universidad de Leiden y del Instituto para la Investigación Espacial de los Países Bajos (SRON) ha descubierto que la velocidad de rotación ecuatorial del exoplaneta Beta Pictoris b es casi de 100.000 kilómetros por hora. Haciendo una comparación, el ecuador de Júpiter tiene una velocidad de unos 47.000 km por hora [4], mientras que la Tierra viaja a tan solo 1.700 km por hora [5]. Beta Pictoris b es más de 16 veces más grande y 3.000 veces más masiva que la Tierra, pero un día del planeta solo dura 8 horas.
“No se sabe por qué algunos planetas giran rápido y otros más despacio”, afirma el coautor Remco de Kok, “pero esta primera medida de la rotación de un exoplaneta muestra que la tendencia vista en el Sistema Solar, en la que los planetas más masivos giran más deprisa, puede aplicarse a los exoplanetas. Debe tratarse de una consecuencia universal derivada de la forma en que se crean los planetas”.
Beta Pictoris b es un planeta muy joven, de tan solo unos 20 millones de años (comparados con los 4.500 millones de la Tierra) [6]. Con el paso del tiempo, se espera que el exoplaneta se enfríe y encoja, con lo cual girará aún más rápido [7]. Por otro lado, hay otros procesos que pueden influir en el cambio de la velocidad de giro del planeta. Por ejemplo, el espín de la Tierra se está ralentizando con el paso del tiempo debido a las interacciones de marea con nuestra Luna.
Los astrónomos hicieron uso de una técnica muy precisa llamada espectroscopía de alta dispersión para dividir la luz en los colores que la forman — las diferentes longitudes de onda en el espectro. El principio del efecto Doppler (o desplazamiento Doppler) les permitió usar el cambio en la longitud de onda para detectar que diferentes partes del planeta se movían a velocidades diferentes y en direcciones opuestas en relación al observador. Eliminando cuidadosamente los efectos de la estrella anfitriona, mucho más brillante, fueron capaces de extraer la señal de la rotación del planeta.
"Hemos medido las longitudes de onda de la radiación emitida por el planeta con una precisión de una parte entre cien mil, lo que hace las mediciones sensibles a los efectos Doppler que pueden revelar la velocidad de los objetos emisores", confirma el autor principal Ignas Snellen. "Utilizando esta técnica nos encontramos con que diferentes partes de la superficie del planeta se acercan o se alejan de nosotros a diferentes velocidades, lo cual sólo puede significar que el planeta gira alrededor de su eje".
Esta técnica está estrechamente relacionada con la técnica para hacer imágenes Doppler, que ha sido utilizada durante varias décadas para realizar mapas de las superficies de las estrellas y, recientemente, de la enana marrón [8] Luhman 16B (eso1404). La rápida rotación de Beta Pictoris b significa que, en el futuro, será posible hacer un mapa global del planeta, mostrando posibles patrones de nubes y grandes tormentas.
"Esta técnica puede utilizarse en una muestra mucho más grande de exoplanetas con la excelente resolución y sensibilidad del E-ELT y un espectrógrafo de imagen de alta dispersión. Con el futuro instrumento METIS (Mid-infrared E-ELT Imager and Spectrograph) seremos capaces de hacer mapas globales de exoplanetas y de caracterizar  planetas mucho más pequeños que Beta Pictoris b con esta técnica", afirma el investigador principal de METIS y coautor del nuevo artículo, Bernhard Brandl.

Notas

[1] Beta Pictoris tiene muchos otros nombres, por ejemplo, HD 39060, SAO 234134 y HIP 27321.
[2] Beta Pictoris es uno de los ejemplos más conocidos de una estrella rodeada por un disco de escombros y polvo. Ahora se sabe que este disco tiene una extensión similar a 1.000 veces la distancia entre la Tierra y el Sol. Anteriores observaciones del planeta de Beta Pictoris se dieron a conocer en eso0842, eso1024 y eso1408.
[3] Las observaciones utilizaron la técnica de óptica adaptativa, compensando así la turbulencia atmosférica de la Tierra, que puede distorsionar imágenes obtenidas incluso en los mejores sitios del mundo para la astronomía. Esta técnica permite a los astrónomos crear imágenes muy nítidas, casi tan buenas como las que se podrían ver desde el espacio.
[4] Puesto que Júpiter no tiene superficie sólida desde la cual determinar la velocidad de rotación del planeta, tomamos la velocidad de rotación de su atmósfera ecuatorial, que es de 47.000 km por hora.
[5] La velocidad de rotación de la Tierra en el ecuador es de 1.674,4 kilómetros por hora.
[6] Mediciones anteriores indicaban que el sistema era más joven.
[7] Esto es consecuencia de la conservación del momento angular y es el mismo efecto que hace que un patinador gire más rápido cuando acerca sus brazos al cuerpo.
[8] Las enanas marrones son a menudo apodadas "estrellas fallidas" ya que, a diferencia de estrellas como el Sol, nunca pueden alcanzar la temperatura necesaria como para iniciar reacciones de fusión nuclear.

Información adicional

Esta investigación se presenta en el artículo “Fast spin of a young extrasolar planet”, por I. Snellen et al., que aparece en la revista Nature del 01 de mayo de 2014.

El equipo está compuesto por Ignas A. G. Snellen (Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Leiden, Países Bajos), Bernhard Brandl (Observatorio de Leiden), Remco J. de Kok (Observatorio de Leiden; SRON, Instituto de Investigación Espacial de los Países Bajos, Utrecht, Países Bajos), Matteo Brogi (Observatorio de Leiden), Jayne Birkby (Observatorio de Leiden) y Henriette Schwarz (Observatorio de Leiden).

Impresión artística del planeta Beta Pictoris b

Esta impresión artística muestra al planeta orbitando alrededor de la joven estrella Beta Pictoris. Este es el primer exoplaneta al que se mide su velocidad de rotación. Su día de ocho horas se corresponde con una velocidad de rotación ecuatorial de 100.000 kilómetros por hora, mucho más rápido que cualquier planeta del Sistema Solar.

Crédito:

ESO L. Calçada/N. Risinger (skysurvey.org)

La relación universal entre masa y velocidad de rotación de los planetas

Este gráfico muestra las velocidades de rotación de varios de los planetas del Sistema Solar junto con la velocidad de giro del planeta Beta Pictoris b, medida recientemente.

Crédito:

ESO/I. Snellen (Leiden University)

Mapa de Beta Pictoris

 

La posición de la estrella Beta Pictoris se señala con un círculo en este mapa de la Constelación de Pictor (El Caballete del Pintor). Tal y como indica su nombre, es la segunda estrella más brillante de su constelación. Junto con la mayor parte de las estrellas marcadas en este mapa, pueden verse en una noche oscura a simple vista.

Crédito:

ESO, IAU and Sky & Telescope

Alrededor de Beta Pictoris

 

Con una edad de tan sólo 12 millones de años, menos de tres milésimas partes de la edad del Sol, Beta Pictoris es un 75% más masiva que nuestro astro. Se encuentra a unos 60 años-luz de distancia en la constelación de Pictor (el Pintor) y es uno de los ejemplos más conocidos de una estrella rodeada por un disco de escombros y polvo. Observaciones anteriores mostraron un pliegue en el disco, un disco secundario inclinado y cometas cayendo hacia la estrella, todas señales indirectas, pero reveladoras, que sugieren fuertemente la presencia de un planeta masivo. Observaciones realizadas con el instrumento NACO instalado en el Very Large Telescope (VLT) de ESO en 2003, 2008 y 2009 probaron la presencia de un planeta alrededor de Beta Pictoris. Se ubica a una distancia de 8 a 15 Unidades Astronómicas (UA) –una UA es la distancia entre la Tierra y el Sol-, lo que más o menos equivale a la distancia que existe entre Saturno y el Sol. El planeta tiene una masa cercana a nueve veces la de Júpiter y la masa y ubicación correctas para explicar el pliegue observado en las partes internas del disco.
Esta imagen, basada en datos del Digitized Sky Survey 2, muestra una zona de aproximadamente 1,7 x 2,3 grados alrededor de Beta Pictoris.

Crédito:

ESO/Digitized Sky Survey 2


VIDEOS

Acercándonos a Beta Pictoris b

http://www.eso.org/public/chile/videos/eso1414a/

Esta secuencia comienza con una amplia visión del cielo austral, acercándose luego a la brillante estrella Beta Pictoris, en la constelación de Pictor (el caballete del pintor). Esta joven estrella está rodeada por un disco de polvo y también orbitada por un planeta grande, el primer exoplaneta al que se ha medido su espín. Tiene una velocidad ecuatorial de rotación de casi 100.000 kilómetros por hora, mucho más rápido que cualquiera de los planetas del Sistema Solar.

Crédito:

ESO/Digitized Sky Survey 2/Nick Risinger (skysurvey.org)/L. Calçada. Music: movetwo

FUENTE: Observatorio Europeo Austral (ESO)