El instrumento GRAVITY del VLT, pionero en la obtención de imágenes de exoplanetas

El instrumento GRAVITY, instalado en el interferómetro VLTI (Very Large Telescope Interferometer) de ESO, ha realizado la primera observación directa de un planeta extrasolar mediante interferometría óptica. Este método reveló una atmósfera exoplanetaria compleja, con nubes de hierro y silicatos arremolinándose en una tormenta que abarca todo el planeta. La técnica presenta posibilidades únicas para la caracterización de muchos de los exoplanetas conocidos actualmente. Esta ilustración es una representación artística del exoplaneta observado, que lleva por nombre HR8799e. Crédito: ESO/L. Calçada

Utilizando interferometría óptica, el instrumento de tecnología punta del VLTI revela detalles de un planeta inmerso en una tormenta

Este resultado ha sido anunciado hoy en una publicación en la revista Astronomy and Astrophysics por la colaboración GRAVITY [1], en la que presentan observaciones del exoplaneta HR8799e mediante interferometría óptica. El exoplaneta fue descubierto en 2010 en órbita de la joven estrella de secuencia principal HR8799, que se encuentra a unos 129 años luz de la Tierra, en la constelación de Pegaso.

Para obtener estos resultados, que revelan nuevas características de HR8799e, era necesario utilizar un instrumento con muy alta resolución y sensibilidad. GRAVITY puede utilizar las cuatro unidades de telescopio del VLT de ESO para trabajar como si se tratase de un único telescopio de mayor tamaño, usando una técnica conocida como interferometría [2]. Esto crea un súper telescopio — el VLTI — que recoge e interpreta, de forma muy precisa, la luz de la atmósfera de HR8799e y la de su estrella anfitriona.

Este mapa muestra la constelación de Pegaso, que representa a un caballo alado de la mitología griega. El mapa muestra la ubicación de HR8799 y señala la mayoría de las estrellas que pueden verse a simple vista en una noche despejada. La constelación es familiar para los astrónomos, ya que contiene tres de las cuatro estrellas que forman el brillante asterismo conocido como el Gran Cuadrante de Pegaso, utilizado para localizar diversos objetos en el cielo. La constelación también contiene varios objetos de cielo profundo de interés para los astrónomos, como el púlsar con efecto de lente gravitacional conocido como Cruz de Einstein. Crédito: ESO, IAU and Sky & Telescope

HR8799e es un 'superjúpiter', un tipo de mundo que no se encuentra en nuestro Sistema Solar, más masivo y mucho más joven que cualquier planeta de los que orbitan alrededor del Sol. Con sólo 30 millones años de edad, este exoplaneta bebé es lo suficientemente joven como para ofrecer a los científicos una herramienta para comprender la formación de planetas y sistemas planetarios. El exoplaneta es completamente inhóspito: la energía sobrante tras su formación y un potente efecto invernadero hacen que HR8799e alcance una temperatura hostil de cerca de 1000 °C.

Es la primera vez que se ha utilizado interferometría óptica para revelar detalles de un exoplaneta y la nueva técnica ha proporcionado un espectro exquisitamente detallado de una calidad sin precedentes, diez veces más detallado que observaciones anteriores. Las mediciones del equipo fueron capaces de revelar la composición de la atmósfera de HR8799e, que contiene algunas sorpresas.

“Nuestro análisis mostró que HR8799e tiene una atmósfera que contiene mucho más monóxido de carbono que metano, algo no esperable de la química en equilibrio”, explica el líder del equipo Sylvestre Lacour, investigador CNRS del Observatorio de París-PSL y del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre. “Podríamos explicar mejor estos sorprendentes resultados con la presencia de altos vientos verticales dentro de la atmósfera, que impedirían que el monóxido de carbono reaccionase con el hidrógeno para formar metano”.

El equipo descubrió que la atmósfera también contiene nubes de polvo de hierro y silicatos. Esto, combinado con el exceso de monóxido de carbono, sugiere que la atmósfera de HR8799e está inmersa en una enorme y violenta tormenta.

Orbital motion of the HR8799 system. The HR 8799 system harbors four super-Jupiters orbiting with periods that range from decades to centuries. HR 8799e is the innermost planet in this video. This footage consists of 7 images of HR 8799 taken with the Keck Telescope over 7 years. The video was made by Jason Wang, data was reduced by Christian Marois, and the orbits were fit by Quinn Konopacky. Bruce Macintosh, Travis Barman, and Ben Zuckerman assisted in the observations. Credit: J. Wang et al.

“Nuestras observaciones sugieren que hay una bola de gas iluminado desde el interior, con rayos de luz cálida arremolinándose a través de áreas tormentosas de nubes oscuras”, explica Lacour. “La convección mueve las nubes de partículas de silicato y hierro, que se desagregan y llueven hacia el interior. Esto nos pinta un panorama en el que presenciamos la dinámica atmósfera de un exoplaneta gigante en su nacimiento, sometido a complejos procesos físicos y químicos”.

Este resultado se basa en una cadena de impresionantes descubrimientos llevados a cabo con GRAVITY que han incluido avances tales como la observación, el año pasado, de gas girando al 30% de la velocidad de la luz justo en el límite exterior del horizonte de sucesos del agujero negro masivo que se encuentra en el centro galáctico. También añade una nueva forma de observar exoplanetas al ya extenso arsenal de métodos [3] disponibles para los telescopios e instrumentos de ESO, allanando el camino a muchos más descubrimientos impresionantes [4].

Notas:

[1] GRAVITY fue desarrollada por una colaboración formada por el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (Alemania), LESIA del Observatorio de París–PSL / CNRS / Universidad de la Sorbona / Universidad París Diderot e IPAG de la Universidad Grenoble Alpes / CNRS (Francia), el Instituto Max Planck de Astronomía (Alemania), la Universidad de Colonia (Alemania), CENTRA (Centro de Astrofísica y Gravitación (Portugal) y ESO.

[2] La interferometría es una técnica que permite a los astrónomos crear un súper telescopio combinando varios telescopios más pequeños. El VLTI de ESO es un telescopio interferométrico creado mediante la combinación de dos o más unidades de telescopio (UTs) del VLT (Very Large Telescope) o los cuatro telescopios auxiliares, más pequeños. Mientras que cada UT tiene un impresionante espejo principal de 8,2 m, al combinarlos se crea un telescopio con 25 veces más capacidad de resolución que un solo UT observando individualmente.

[3] Los exoplanetas se observan usando muchos métodos diferentes. Algunas son indirectas, tales como el método de velocidad radial utilizado por el instrumento cazador de exoplanetas HARPS, de ESO, que mide la atracción que ejerce la gravedad de un planeta sobre su estrella anfitriona. Los métodos directos, como la técnica pionera que ha dado lugar a este resultado, implican observar el planeta en lugar de su efecto sobre su estrella.

[4] Recientes descubrimientos de exoplanetas, llevados a cabo con telescopios de ESO, incluyen la exitosa detección, el año pasado, de una supertierra orbitando la estrella de Barnard, la estrella única más cercana a nuestro Sol, y el descubrimiento de planetas jóvenes orbitando a una estrella recién nacida con ALMA utilizando otra técnica novedosa para la detección de planetas.

Fuente: ESO,