Nuevo método para detectar exoplanetas

Gracias a una nueva tecnología óptica desarrollada por el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona, un equipo internacional de astrónomos ha obtenido imágenes de un planeta en una órbita mucho más cercana en torno a su estrella madre que cualquier otro planeta extrasolar encontrado previamente.

El descubrimiento, publicado en Astrophysical Journal Letters, es el resultado de una colaboración internacional entre el Observatorio Steward, el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zurich, el Observatorio Europeo Austral, la Universidad de Leiden en los Países Bajos y el instituto alemán Max-Planck.

Instalado en el Very Large Telescope (VLT) situado en la cima de la montaña Paranal, en Chile, la nueva tecnología permitió a un equipo internacional de astrónomos confirmar la existencia y el movimiento orbital de Beta b Pictoris, un planeta de alrededor siete a 10 veces la masa de Júpiter, alrededor de su estrella madre, Beta Pictoris, a 63 años luz de distancia de la Tierra.

En el núcleo del sistema hay pequeña pieza de vidrio con un patrón muy complejo inscrito en su superficie. Llamada placa de fase Apodizing, o APP, el dispositivo bloquea la luz de las estrellas, lo que permite a los astrónomos ver los planetas  a pesar del resplandor de la estrella.

“Esta técnica abre nuevas puertas en el descubrimiento del planetas“, dijo Phil Hinz, director del Centro de la UA de Óptica Adaptativa Astronómica en del Observatorio Steward. “Hasta ahora, sólo eramos capaces de ver los planetas exteriores en un sistema solar, en rangos de órbita similares a Neptuno o más allá. Ahora podemos ver planetas en órbitas mucho más cercanas de su estrella madre.”

En otras palabras, si astrónomos aliengienas en otro sistema solar estuvieran estudiando nuestro sistema solar, utilizando la tecnología disponible anteriormente para la detección directa de imágenes, todo lo que verían sería Urano y Neptuno. Los planetas interiores, Mercurio, Venus, Tierra, Marte y Saturno, simplemente no aparecerían en las imágenes de sus telescopios.

Para poner hacernos una idea de este nuevo tipo de óptica tomemos esta perspectiva: la distancia media de Neptuno al Sol es de unos 2800 millones millones de millas, o 30 Unidades Astronómicas, (UA). Una UA se define como la distancia media entre el Sol y la Tierra.

El planeta recién fotografiado, Beta b Pictoris, orbita su estrella a aproximadamente siete UA, una distancia donde las cosas se ponen especialmente interesantes, según Hinz, “porque ahí es donde creemos que se concentra la mayor parte de la masa planetaria en la mayoría de los sistemas solares. Entre cinco y 10 UA. “

Pese a que los cazadores de planetas han usado una gran variedad de métodos indirectos para detectar  planetas extrasolares, como por ejemplo, el ligero bamboleo gravitacional de un planeta en órbita provocado por su estrella madre, muy pocos de ellos han sido directamente observados.

Según Hinz,  los planetas extrasolares descubiertos hasta la fecha, en su mayoría gigantes de gas súper-masivos en órbitas grandes, representan una muestra sesgada ya que su tamaño y la distancia a la que se encuentran de su estrella anfitriona los hace más fáciles de detectar.

“Se puede decir que empezamos por mirar sistemas solares raros. Y ahora, la técnica desarrollada permite la búsqueda de gigantes gaseosos de menor masa del tamaño de Júpiter, que son más representativos de lo que existe ahí fuera. Por primera vez, podemos buscar en brillantes estrellas cercanas, como Alfa Centauro, y comprobar si tienen  gigantes gaseosos orbitándolas”.

El avance, que puede permitir a los observadores bloquear incluso estrellas por completo con nuevas mejoras, se hizo posible a través de modelos matemáticos de alta complejidad.

“Básicamente, estamos cancelando el halo de luz de estrellas que de otra manera ahogar la señal luminosa del planeta”, dijo Johanán Codona, científico investigador senior del Observatorio Steward, quien se encargó de parte del trabajo teórico mediante lo que él llama fase-apodización coronografica.

“Si estamos tratando de encontrar algo que es miles o millones de veces más débil que la estrella, el halo luminoso es un gran desafío.”

Para detectar las señales de luz débiles de planetas extrasolares, los astrónomos confían en los coronógrafos para bloquear el disco brillante de una estrella, al igual que la luna hace de escudo del sol durante un eclipse, lo que permite a los objetos cercanos ser visibles.

Usando su propio método matemático, Codona encontró un complejo patrón de ondas, que si está presente en la luz de las estrellas que entra en la lente del telescopio, permite que una parte del halo se pueda anular, pero deja la imagen de la estrella  intacta. El equipo del Observatorio Steward utiliza una pieza de máquina de vidrio óptico infrarrojo del tamaño y la forma de una pequeña píldora para introducir las ondas. Situado en el camino  del telescopio, el dispositivo se activa, anulando una pequeña porción de la luz de las estrellas y se difracta en el halo de la estrella.

“Es un efecto similar a lo que vemos zambullirnos en el mar y mirar en dirección al Sol  debajo de la superficie”, explica Sascha Quanz del Instituto Federal Suizo de Tecnología, y autora principal del estudio. ”Las olas en la superficie curva los rayos de luz y hacer que el cielo y las nubes parezcan muy diferentes. Nuestros trabajos en óptica funciona de una manera similar.”

Con el fin de bloquear el resplandor de una estrella, los coronógrafos convencionales tienen que ser colocados en fila y son altamente susceptibles a la perturbación. Una suave brisa que haga vibrar el telescopio puede ser todo lo que se necesita para arruinar la imagen. La APP, por otro lado, no requiere apuntar y funciona igual de bien en cualquier estrella.

“Esto hace mejora la observación de manera espectacular y la hace mucho más eficiente.”

En el desarrollo de la APP, Codona tuvo la ayuda de Matt Kenworthy (ahora en el Observatorio de Leiden en los Países Bajos). Hinz, quien es miembro del equipo de actualización de instrumentos para el VLT, jugó un papel clave en la aplicación de la técnica en el telescopio de 6,5 metros en el Monte Hopkins en el sureste de Arizona.

El ex profesor de astronomía de la Universidad de Arizona, Michael Meyer, ahora en el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich, donde lideró el grupo de aplicación de la nueva tecnología en el VLT, señaló que es muy probable que la APP  haga avanzar otras áreas de investigación además de la búsqueda de planetas extrasolares.

“Será emocionante ver cómo los astrónomos utilizarán la nueva tecnología en el VLT, ya que se puede utilizar también en otras estructuras débiles alrededor de estrellas jóvenes y cuásares.”

Enlace original: Planet hunters no longer blinded by the light