TESS y Spitzer Descubren un Planeta Orbitando una Joven e Inusual Estrella

Durante más de una década, los astrónomos han buscado planetas orbitando a AU Microscopii, una estrella cercana que sigue rodeada por un disco de desechos remanente de su formación. Ahora, usando datos del Satélite TESS y del ya retirado Telescopio Espacial Spitzer, unos científicos han descubierto un planeta tan grande como Neptuno que gira alrededor de la joven estrella en poco más de una semana.

El sistema, conocido como AU Mic, ofrece una oportunidad única para estudiar planetas y sus atmósferas y entender cómo se forman, evolucionan e interactúan con sus estrellas.

"AU Mic es una estrella joven y próxima de tipo M, o enana roja. Está rodeada por un enorme disco de escombros en el que se han detectado agrupaciones móviles de polvo, y ahora, gracias a TESS y Spitzer, un planeta con una cuantificación de tamaño directa", dijo Bryson Cale, estudiante de doctorado en la Universidad George Mason en Fairfax, Virginia. "No hay otro sistema conocido que cumpla con todos estos singulares criterios".

Este nuevo planeta, AU Mic b, se describe en un artículo científico coescrito por Cale y liderado por su tutor Peter Plavchan, profesor auxiliar de física y astronomía en George Mason. El hallazgo fue divulgado el miércoles 24 de junio en Nature.

AU Mic es una enana roja fría con una edad estimada de 20 a 30 millones de años, lo que le convierte en un bebé estelar en comparación con nuestro Sol, que es al menos 150 veces más viejo. La estrella es tan joven que principalmente brilla por el calor generado por su propia gravedad al tirar de ella hacia adentro y comprimirla. Menos del 10% de su energía proviene de la fusión nuclear de hidrógeno en helio, el proceso que potencia a estrellas como nuestro Sol.

El sistema se encuentra a 31,9 años luz de distancia, en la constelación austral del Microscopio. Forma parte de una colección cercana de estrellas denominadas grupo móvil Beta Pictoris, que toma su nombre de una estrella tipo A más grande y caliente que alberga dos planetas y está igualmente rodeada por un disco de desechos.

Aunque los sistemas tienen la misma edad, sus planetas son marcadamente diferentes. El planeta AU Mic b casi abraza su estrella, completando una órbita cada 8,5 días. Pesa 58 veces menos que la Tierra, lo que lo coloca en la categoría de mundos similares a Neptuno. En contraste, Beta Pictoris b y c son al menos 50 veces más grandes que AU Mic b y tardan respectivamente 21 y 3,3 años en orbitar su estrella.

"Creemos que AU Mic b se formó lejos de su estrella y migró hacia su órbita actual, algo que puede ocurrir cuando los planetas interactúan gravitacionalmente con un disco de gas o con otros planetas", explicó Thomas Barclay, coautor e investigador asociado de la Universidad de Maryland, Condado de Baltimore, y científico asociado del proyecto TESS en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “En cambio, la órbita de Beta Pictoris b no parece haber migrado mucho. Las diferencias entre estos sistemas de edad similar pueden decirnos mucho sobre cómo se forman y migran los planetas".

Detectar planetas alrededor de estrellas como AU Mic plantea un desafío particular. Estas turbulentas estrellas tienen campos magnéticos fuertes y pueden estar cubiertas de puntos estelares —regiones más frías, oscuras y altamente magnéticas, similares a las manchas solares— que frecuentemente expulsan poderosos destellos estelares. Las manchas y sus destellos contribuyen a los cambios de brillo de la estrella.

Durante Julio y Agosto de 2018, cuando TESS observaba AU Mic, la estrella produjo numerosas erupciones de las cuales, algunas fueron más poderosas que las erupciones más fuertes registradas en el Sol. El equipo realizó un análisis detallado para sustraer estas perturbaciones de los datos de TESS.

Cuando, desde nuestra perspectiva, un planeta pasa por delante de su estrella en un evento conocido como tránsito, su paso ocasiona una clara disminución en el brillo de la estrella. TESS monitorea extensas franjas del cielo, llamadas sectores, durante 27 días continuos para cada sector. En el curso de esta larga observación, las cámaras realizan capturas regulares que permiten a los científicos monitorear los cambios de brillo estelar.

Bajadas regulares en el brillo estelar sugieren la posibilidad de un planeta en tránsito. Usualmente se necesita observar al menos dos tránsitos para identificar la presencia de un planeta.

"Desafortunadamente, el segundo de los tres tránsitos ocurridos en el lapso de observación de TESS aconteció cerca de su punto más próximo a la Tierra. En ese momento, TESS no observaba porque estuvo ocupada transmitiendo todos los datos almacenados", dijo Diana Dragomir, coautora y profesora asistente de investigación de la Universidad de Nuevo México en Albuquerque. "Para llenar el vacío, se concedió a nuestro equipo tiempo de observación con Spitzer, que registró dos tránsitos adicionales en 2019 y nos permitió confirmar el período orbital de AU Mic b”.

Spitzer fue un observatorio infrarrojo multipropósito que funcionó desde el 2003 hasta su retirada de servicio el pasado 30 de Enero de 2020. La misión demostró ser especialmente hábil en detectar y estudiar exoplanetas alrededor de estrellas frías. Spitzer envió observaciones de AU Mic durante su último año.

Debido a que la cantidad de luz bloqueada por un tránsito depende del tamaño del planeta y la distancia orbital, los tránsitos registrados por TESS y Spitzer proporcionaron una medida directa del tamaño de AU Mic b. El análisis de estas mediciones muestra que el planeta es 8% más grande que Neptuno.

 

 El satélite TESS y el recién retirado Telescopio Espacial Spitzer de la NASA han encontrado un joven planeta del tamaño de Neptuno orbitando AU Microscopii, una estrella tipo M cercana que está rodeada por un vasto disco de desechos. Image Credit: GSFC/NASA

 Las observaciones realizadas con instrumentos en telescopios terrestres proporcionan el límite máximo para la masa de un planeta. A medida que un planeta recorre su órbita, su gravedad estira a la estrella anfitriona, que en respuesta se mueve ligeramente. Los sensibles instrumentos de los grandes telescopios pueden detectar la velocidad radial de la estrella, así como su movimiento de ida y vuelta a lo largo de nuestra línea de visión. Combinando observaciones del Observatorio W. M. Keck y del Telescopio Infrarrojo de la NASA en Hawai y del Observatorio Europeo Austral en Chile, el equipo concluyó que AU Mic b tiene una masa menor que 58 Tierras.

Este descubrimiento demostró la capacidad de TESS para proporcionar nueva información sobre estrellas bien estudiadas como AU Mic, donde más planetas pueden estar aguardando ser descubiertos.

"Hay un posible evento de tránsito adicional en los datos de TESS, y es de esperar que TESS vuelva a visitar AU Mic a finales de este año en su misión ampliada", dijo Plavchan. "Seguimos monitoreando la estrella con mediciones precisas de velocidad radial, por lo que recomendamos mantenerse atentos”.

Durante décadas, AU Mic intrigó a los astrónomos como un posible hogar para planetas gracias a su proximidad, juventud y su claro disco de desechos. Ahora que TESS y Spitzer hallaron uno, la historia cierra ese capítulo. AU Mic es un sistema referente, un laboratorio cercano para comprender la formación y evolución de estrellas y planetas que será estudiado durante décadas.

La Sonda Espacial IBEX Ofrece 11 Años de Cambios en el Límite del Espacio Interestelar

 

Mucho, mucho más allá de las órbitas de los planetas se encuentran los contornos borrosos de la burbuja magnética en el espacio que llamamos hogar.

Esta es la heliosfera, la gran burbuja que genera el campo magnético del Sol y envuelve a todos los planetas. Los bordes de esta burbuja cósmica no son fijos. En respuesta a las bocanadas y suspiros del Sol, se encogen y se estiran con los años.

Ahora, por primera vez, los científicos han utilizado un ciclo solar completo de datos de la nave espacial IBEX de la NASA para estudiar cómo cambia la heliosfera con el tiempo. Los ciclos solares duran aproximadamente 11 años, a medida que el Sol cambia de temporadas de actividad alta a baja, y vuelve a la alta nuevamente. Con el largo historial de IBEX, los científicos estaban ansiosos por examinar cómo se desarrollan los cambios de humor del Sol en el borde de la heliosfera. Los resultados muestran la heliosfera externa cambiante con gran detalle, dibujan hábilmente la forma de la heliosfera (un tema de debate en los últimos años) y dan pistas sobre los procesos detrás de una de sus características más desconcertantes. Estos hallazgos, junto con un conjunto de datos recién ajustados, se publican en The Astrophysical Journal Supplements el 10 de junio de 2020.

IBEX ha estado observando el límite del espacio interestelar durante más de 11 años, mostrándonos dónde encaja nuestro vecindario cósmico con el resto de la galaxia. "Es una misión muy pequeña", dijo David McComas, el investigador principal de la misión en la Universidad de Princeton en Nueva Jersey. IBEX es tan grande como un neumático de autobús. "Ha sido enormemente exitoso, durando mucho más de lo que nadie había previsto. Ahora tenemos la suerte de tener todo un ciclo solar de observaciones".

La heliosfera se llena con el viento solar, el flujo constante de partículas cargadas del Sol. El viento solar se precipita en todas las direcciones, a un millón de millas por hora, hasta que choca contra el medio interestelar, vientos de otras estrellas que llenan el espacio entre ellos.

A medida que el Sol atraviesa el medio interestelar, genera una ola caliente y densa, muy parecida a la ola en la parte delantera de un barco que atraviesa el mar. Nuestro vecindario cósmico se llama 

Nube Interestelar Local o Local Fluff, por la nube de gases supercalientes que florece a nuestro alrededor. Donde el viento solar y la nube local se unen forma el borde de la heliosfera, llamada heliopausa. Justo dentro de eso se encuentra una región turbulenta llamada heliofunda.

Las partículas llamadas átomos neutros energéticos, o ENAs, que se forman en esta región distante del espacio son el foco de los estudios de IBEX. Se crean cuando partículas calientes y cargadas como las del viento solar chocan con neutros fríos como los que fluyen desde el espacio interestelar. 

Las partículas del viento solar pueden atrapar electrones de los átomos interestelares pesados, volviéndose neutros.

El viaje de estas partículas comienza mucho antes de que IBEX las detecte. Más allá de los planetas, más allá del cinturón de asteroides y el Cinturón de Kuiper, hasta el borde de la heliosfera, la ráfaga de viento solar tarda aproximadamente un año en correr 100 veces la distancia entre el Sol y la Tierra. 

En el camino, el viento solar recoge átomos ionizados de gases interestelares que se han introducido en la heliosfera. El viento solar que llega al borde no es el mismo viento que dejó el Sol un año antes.

Las partículas del viento solar podrían pasar otros seis meses deambulando por el caos de heliofunda, el abismo entre los dos límites exteriores de la heliosfera. Inevitablemente, algunos chocan con gases interestelares y se convierten en neutros energéticos. Las partículas neutras tardan cerca de otro año en el viaje de regreso, atravesando el espacio desde el borde de la heliosfera para llegar a IBEX, si las partículas se dirigían precisamente en la dirección correcta. De todas las partículas neutras formadas, solo unas pocas llegan a IBEX. El viaje completo dura de dos a tres años para las partículas de mayor energía en el rango de observación de IBEX, y aún más en energías más bajas o regiones más distantes.

IBEX aprovecha el hecho de que los átomos neutros como estos no son desviados por el campo magnético del Sol: partículas neutras frescas unidas lejos de las colisiones en casi una línea recta.

IBEX examina los cielos en busca de partículas, observando su dirección y energía. La nave espacial solo detecta aproximadamente uno cada dos segundos. El resultado es un mapa del límite interestelar, elaborado a partir del mismo principio que utiliza un murciélago para ecolocalizarse a lo largo de la noche: monitorear una señal entrante para aprender más sobre los alrededores. Al estudiar de dónde provienen los neutros y cuándo, IBEX puede rastrear los límites remotos de nuestra heliosfera.

"Somos muy afortunados de observar esto desde el interior de la heliosfera", dijo Justyna Sokol, científica visitante del equipo de Princeton. “Estos son procesos que ocurren a distancias muy pequeñas. Cuando observas otras estrellas que están muy lejos, observas distancias de años luz, desde fuera de sus astrosferas". Incluso la distancia entre el Sol y la punta de la heliosfera es pequeña en comparación con muchos, muchos años luz.

Utilizando los datos de más de 11 años de IBEX, McComas y su equipo pudieron estudiar los cambios que evolucionan con el tiempo y son clave para comprender nuestro lugar en el espacio.

El viento solar es constante, pero el viento no es estable. Cuando el viento sopla, la heliosfera se infla como un globo, y las partículas neutrales surgen en las franjas exteriores. Cuando el viento se calma, el globo se contrae; las partículas neutras disminuyen. La consiguiente oscilación de partículas neutras, informaron los científicos, se hizo eco constantemente de dos a tres años después de los cambios en el viento, lo que refleja su viaje hacia el borde de esta burbuja y de regreso.

De 2009 a 2014, el viento soplaba bastante bajo y constante, una brisa suave. La heliosfera se contrajo. Luego llegó una sorpresa en el viento solar, como si el Sol lanzara un gran suspiro. A finales de 2014, una nave espacial de la NASA en órbita alrededor de la Tierra detectó el aumento de la presión del viento solar en aproximadamente un 50% (desde entonces se ha mantenido alto durante varios años).

Dos años más tarde, el viento solar ondulante provocó una ráfaga de partículas neutras en la heliofunda. Otros dos años después, llenaron la mayor parte de la punta de la heliosfera. Finalmente, se alzaron sobre los polos norte y sur de la heliosfera.

Estos cambios no fueron simétricos. Cada golpe observado trazó las peculiaridades de la forma de la heliosfera. Los científicos se sorprendieron de cuán claramente vieron la marea del viento solar empujando la heliopausa.

"El tiempo y las partículas neutrales realmente han pintado las distancias en la forma de la heliosfera para nosotros", dijo McComas.

IBEX todavía no ha observado los efectos de este golpe cósmico desde el extremo posterior de la heliosfera, la heliocola. Eso significa que el extremo de la cola está mucho más lejos del Sol que el frente; esas partículas están en un viaje mucho más largo. Tal vez la marejada eólica solar todavía se precipita hacia la cola, o tal vez las partículas neutras ya están regresando. En los próximos años, el equipo de IBEX estará atento a las señales de su regreso de la cola.

"La naturaleza creó este experimento perfecto para que entendamos mejor este límite", dijo Szalay. 

"Tenemos que ver qué sucede cuando esta gran cosa, el impulso del viento solar, cambie".

En general, esto pinta una imagen de la heliosfera con forma de cometa. La forma de la heliosfera ha sido un tema de debate en los últimos años. Algunos han argumentado que nuestra burbuja en el espacio es esférica como un globo; otros sugirieron que está más cerca de un cruasán. Pero en este estudio, dijo McComas, los datos del IBEX muestran claramente que la respuesta de la heliosfera al impulso del viento solar fue asimétrica, por lo que la propia heliosfera también debe ser asimétrica. 

El Sol está situado cerca del frente, y cuando el Sol se precipita por el espacio, la heliocola se arrastra mucho más atrás, algo así como la cola rayada de un cometa.

Los muchos años de datos de IBEX también han acercado a los científicos a una explicación de una de las características más desconcertantes de la heliosfera, conocida como la franja IBEX. La franja sigue siendo uno de los mayores descubrimientos de IBEX. Anunciado en 2009, se refiere a una vasta franja diagonal de neutros energéticos, pintados en el frente de la heliosfera. Hace mucho que los científicos están desconcertados: ¿por qué una parte del límite debería ser tan diferente del resto?

Con el tiempo, IBEX ha indicado que lo que forma la franja es muy diferente de lo que forma el resto del cielo interestelar. Está conformada por la dirección del campo magnético interestelar. Pero, ¿cómo se producen las partículas de la franja? Ahora, los científicos informan que es muy probable que un proceso secundario sea responsable, lo que hace que el viaje de un cierto grupo de partículas energéticas neutras se duplique aproximadamente.

Después de convertirse en neutrales energéticos, en lugar de rebotar hacia IBEX, este grupo de partículas salen disparadas en dirección opuesta, a través de la heliopausa y hacia el espacio interestelar. Allí, se toparían con la Nube Interestelar Local, navegando hasta que algunos chocaran inevitablemente con partículas cargadas que pasaran, perdiendo un electrón una vez más y quedando atados al campo magnético circundante.

Pasan otros dos años más o menos, y las partículas cargadas pueden chocar una vez más con pares más lentos, robando electrones como lo han hecho antes. Después de esta breve migración más allá de la heliosfera, los neutrales energéticos nacidos dos veces podrían eventualmente volver a entrar y regresar a casa.

Los datos extendidos de IBEX ayudaron a los científicos a conectar la franja con el largo recorrido interestelar de las partículas. Las partículas que forman la franja han viajado unos dos años más que el resto de las partículas neutras observadas. Cuando se trataba del pico del viento solar, la franja tardó otros dos años después del resto de la heliosfera para comenzar a responder.

Superando por mucho su misión inicial de dos años, IBEX pronto se unirá a otra misión de la NASA, 

IMAP, para la cual McComas también sirve como investigador principal. El lanzamiento de la misión está programado para fines de 2024.

"IMAP presenta una oportunidad perfecta para estudiar, con gran resolución y sensibilidad lo que IBEX ha comenzado a mostrarnos, para que realmente obtengamos una comprensión detallada de la física", dijo McComa

 Actualizado: 11/6/2020

El Hubble Hace un Hallazgo Sorprendente Sobre el Universo Temprano

 

 Nuevos resultados del telescopio espacial Hubble sugieren que la formación de las primeras estrellas y galaxias en el universo temprano tuvo lugar antes de lo que se pensaba. Créditos: ESA/Hubble/M. Kornmesser/NASA

Nuevos resultados del telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA sugieren que la formación de las primeras estrellas y galaxias del universo temprano tuvo lugar antes de lo que se creía. Un equipo europeo de astrónomos no ha hallado evidencias de la primera generación de estrellas, conocidas como “población III”, tras remontarse hasta cuando el universo tenía tan solo 500 millones de años de antigüedad.

El estudio, liderado por la becaria de investigación de la ESA Rachana Bhatawdekar, sondeó el universo temprano entre 500 y 1.000 millones de años tras el Big Bang, investigando las vistas tomadas por Hubble del cúmulo galáctico MACSJ0416, que aparece en la imagen, y su campo paralelo, una región cercana en el firmamento capturada con el mismo tiempo de exposición que el propio cúmulo. El equipo combinó estas observaciones, obtenidas como parte del programa Hubble Frontier Fields, para producir las observaciones más profundas jamás realizadas de cúmulos galácticos y las galaxias situadas por detrás, magnificadas por el efecto de lente gravitacional, con datos de apoyo del telescopio espacial Spitzer de la NASA y el Telescopio Muy Grande (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO).

La exploración de las primeras galaxias sigue siendo un reto importante de la astronomía moderna. 

No sabemos cómo ni cuándo se formaron las primeras estrellas y galaxias del universo. El telescopio espacial Hubble puede abordar estas cuestiones mediante observaciones de campo profundo, que permiten a los astrónomos ver el universo hasta 500 millones de años después del Big Bang.

Rachana y sus colaboradores se habían propuesto estudiar la primera generación de estrellas del universo temprano, también conocidas como población III. Surgidas a partir del material primigenio que emergió del Big Bang, estas estrellas deberían estar compuestas únicamente por hidrógeno, helio y litio, los únicos elementos que existían antes de que los procesos desencadenados en los núcleos de dichas estrellas pudieran dar lugar a elementos más pesados, como oxígeno, nitrógeno, carbono y hierro.

Gracias a una nueva técnica que elimina la luz de galaxias brillantes en primer término de un cúmulo, el equipo descubrió galaxias de fondo con masas inferiores a lo observado hasta el momento con Hubble, a una distancia correspondiente a cuando el universo tenía menos de 1.000 millones de años. 

En el intervalo cósmico estudiado, no encontraron evidencias de la población III.

Estos resultados muestran que las galaxias debieron formarse mucho antes de lo que los astrónomos creían. También sugieren que la formación más temprana de estrellas y galaxias se produjo mucho antes de lo que se puede estudiar con el telescopio espacial Hubble, abriendo así un campo interesantísimo para seguir investigando con el próximo telescopio espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA: las primeras galaxias del universo.

Actualizado: 4/6/2020