El telescopio espacial romano de la NASA sondeará el núcleo de la galaxia en busca de júpiter calientes y enanas marrones.
Cuando se lance a mediados de la década de 2020, el telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA explorará una amplia gama de temas de astrofísica infrarroja. Una encuesta muy esperada utilizará un efecto gravitacional llamado microlente para revelar miles de mundos que son similares a los planetas de nuestro sistema solar. Ahora, un nuevo estudio muestra que la misma encuesta también revelará planetas más extremos y cuerpos similares a planetas en el corazón de la Vía Láctea , gracias a su tirón gravitacional en las estrellas que orbitan.
“Nos emocionó descubrir que Roman podrá ofrecer incluso más información sobre los planetas de nuestra galaxia de lo que se había planeado originalmente”, dijo Shota Miyazaki, estudiante de posgrado de la Universidad de Osaka en Japón que dirigió el estudio. «Será muy emocionante aprender más sobre un nuevo lote de mundos sin estudiar».
Roman utilizará principalmente el microlentes gravitacionales método de detección de para descubrir exoplanetas , planetas más allá de nuestro sistema solar. Cuando un objeto masivo, como una estrella, cruza frente a una estrella más distante desde nuestro punto de vista, la luz de la estrella más lejana se doblará a medida que viaja a través del espacio-tiempo curvo alrededor de la más cercana.
El resultado es que la estrella más cercana actúa como una lente natural, aumentando la luz de la estrella de fondo. Los planetas que orbitan alrededor de la estrella de la lente pueden producir un efecto similar en una escala más pequeña, por lo que los astrónomos buscan detectarlos analizando la luz de la estrella más lejana.
Dado que este método es sensible a planetas tan pequeños como Marte con una amplia gama de órbitas, los científicos esperan que el estudio de microlentes de Roman revele análogos de casi todos los planetas de nuestro sistema solar. Miyazaki y sus colegas han demostrado que el estudio también tiene el poder de revelar mundos más exóticos: planetas gigantes en órbitas diminutas, conocidos como Júpiter calientes, y las llamadas «estrellas fallidas», conocidas como enanas marrones, que no son lo suficientemente masivas para se potencian mediante la fusión como lo hacen las estrellas.
Este nuevo estudio muestra que Roman podrá detectar estos objetos que orbitan las estrellas más distantes en eventos de microlentes, además de encontrar planetas que orbitan las estrellas más cercanas (lentes).
Los hallazgos del equipo se publican en The Astronomical Journal .
Los astrónomos ven un evento de microlente como un brillo temporal de la estrella distante, que alcanza su punto máximo cuando las estrellas están casi perfectamente alineadas. Miyazaki y su equipo descubrieron que, en algunos casos, los científicos también podrán detectar una ligera variación periódica en la luz de las estrellas con lente causada por el movimiento de los planetas que orbitan la estrella más lejana durante un evento de microlente.
A medida que un planeta se mueve alrededor de su estrella anfitriona, ejerce un pequeño tirón gravitacional que cambia un poco la posición de la estrella. Esto puede acercar y alejar a la estrella distante de una alineación perfecta. Dado que la estrella más cercana actúa como una lente natural, es como si la luz de la estrella distante fuera ligeramente enfocada y desenfocada por el planeta en órbita. Al detectar pequeños estremecimientos a la luz de las estrellas, los astrónomos podrán inferir la presencia de planetas.
Esta animación demuestra el efecto xallarap. A medida que un planeta se mueve alrededor de su estrella anfitriona, ejerce un pequeño tirón gravitacional que cambia un poco la posición de la estrella. Esto puede acercar y alejar a la estrella distante de una alineación perfecta. Dado que la estrella más cercana actúa como una lente natural, es como si la luz de la estrella distante fuera ligeramente enfocada y desenfocada por el planeta en órbita. Al detectar pequeños estremecimientos a la luz de las estrellas, los astrónomos podrán inferir la presencia de planetas. Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA
“Se llama efecto xallarap, que es paralaje escrito al revés. El paralaje se basa en el movimiento del observador (la Tierra se mueve alrededor del Sol) para producir un cambio en la alineación entre la estrella fuente distante, la estrella con lente más cercana y el observador. Xallarap funciona de manera opuesta, modificando la alineación debido al movimiento de la fuente ”, dijo David Bennett, quien dirige el grupo de microlentes gravitacionales en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.
Si bien la microlente es generalmente más adecuada para encontrar mundos más alejados de su estrella que Venus del Sol, el efecto xallarap funciona mejor con planetas muy masivos en órbitas pequeñas, ya que hacen que su estrella anfitriona se mueva más. Revelar planetas más distantes también nos permitirá sondear una población diferente de mundos.
Explotando el núcleo de la galaxia
La mayoría de los primeros cientos de exoplanetas descubiertos en nuestra galaxia tenían masas cientos de veces mayores que las de la Tierra. A diferencia de los planetas gigantes de nuestro sistema solar, que tardan entre 12 y 165 años en orbitar el Sol, estos mundos recién descubiertos giran alrededor de sus estrellas anfitrionas en tan solo unos días.
Estos planetas, ahora conocidos como Júpiter calientes debido a su tamaño gigante y al intenso calor de sus estrellas anfitrionas, no se esperaban de los modelos de formación planetaria existentes y obligaron a los astrónomos a repensarlos. Ahora hay varias teorías que intentan explicar por qué existen los Júpiter calientes, pero todavía no estamos seguros de cuál, si es que hay alguna, es la correcta. Las observaciones de Roman deberían revelar nuevas pistas.
Incluso más masivas que los Júpiter calientes, las enanas marrones oscilan entre 4.000 y 25.000 veces la masa de la Tierra. Son demasiado pesados para ser caracterizados como planetas, pero no lo suficientemente masivos para experimentar una fusión nuclear en sus núcleos como estrellas.
Esta ilustración muestra una enana marrón, un objeto que es demasiado pesado para ser caracterizado como un planeta, pero no lo suficientemente masivo para alimentarse por fusión nuclear como lo hacen las estrellas. Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA
Otras misiones de búsqueda de planetas han buscado principalmente nuevos mundos relativamente cercanos, hasta unos pocos miles de años luz de distancia. La proximidad hace posible estudios más detallados. Sin embargo, los astrónomos piensan que el estudio de los cuerpos cercanos al núcleo de nuestra galaxia puede brindar una nueva perspectiva sobre cómo evolucionan los sistemas planetarios. Miyazaki y su equipo estiman que Roman encontrará alrededor de 10 Júpiter calientes y 30 enanas marrones más cerca del centro de la galaxia usando el efecto xallarap.
El centro de la galaxia está poblado principalmente por estrellas que se formaron hace unos 10 mil millones de años. Estudiar planetas alrededor de estrellas tan viejas podría ayudarnos a comprender si los Júpiter calientes se forman tan cerca de sus estrellas o si nacen más lejos y migran hacia adentro con el tiempo. Los astrónomos podrán ver si los Júpiter calientes pueden mantener órbitas tan pequeñas durante largos períodos de tiempo al ver con qué frecuencia se encuentran alrededor de estrellas antiguas.
A diferencia de las estrellas en el disco de la galaxia, que normalmente deambulan por la Vía Láctea a distancias cómodas unas de otras, las estrellas cercanas al núcleo están mucho más juntas. Roman podría revelar si tener tantas estrellas tan cerca unas de otras afecta a los planetas en órbita. Si una estrella pasa cerca de un sistema planetario, su gravedad podría sacar a los planetas de sus órbitas habituales.
Las supernovas también son más comunes cerca del centro de la galaxia. Estos eventos catastróficos son tan intensos que pueden forjar nuevos elementos, que son arrojados al área circundante cuando mueren las estrellas en explosión. Los astrónomos creen que esto podría afectar la formación de planetas. Encontrar mundos en esta región podría ayudarnos a comprender mejor los factores que influyen en el proceso de construcción de planetas.
Roman abrirá una ventana al pasado distante al observar estrellas y planetas más antiguos. La misión también nos ayudará a explorar si las enanas marrones se forman tan fácilmente cerca del centro de la galaxia como lo hacen más cerca de la Tierra al comparar la frecuencia con la que se encuentran en cada región.
Al contar Júpiter calientes muy antiguos y enanas marrones usando el efecto xallarap y encontrar mundos más familiares usando microlentes, Roman nos acercará un paso más a la comprensión de nuestro lugar en el cosmos.
«Hemos encontrado muchos sistemas planetarios que parecen extraños en comparación con el nuestro, pero todavía no está claro si son los bichos raros o nosotros», dijo Samson Johnson, un estudiante graduado de la Universidad Estatal de Ohio en Columbus y co- autor del artículo. «Roman nos ayudará a resolverlo, al mismo tiempo que nos ayuda a responder otras grandes preguntas en astrofísica».
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