Primer espectro de un exoplaneta realizado en el rango visible de la luz

Utilizando el instrumento HARPS, el cazador de planetas instalado en el Observatorio La Silla de ESO (en Chile), los astrónomos han hecho la primera detección directa del espectro de luz visible reflejada de un exoplaneta. Estas observaciones también revelaron nuevas propiedades de este objeto famoso, el primer exoplaneta descubierto alrededor de una estrella normal: 51 Pegasi b. El resultado promete un futuro emocionante para esta técnica, sobre todo por el advenimiento de la próxima generación de instrumentos como ESPRESSO, en el VLT, y de futuros telescopios como el E-ELT.

El exoplaneta 51 Pegasi b [1] se encuentra a unos 50 años luz de la Tierra, en la constelación de Pegaso. Fue descubierto en 1995 y siempre será recordado como el primer exoplaneta confirmado orbitando una estrella ordinaria como el Sol [2]. También es considerado el arquetipo de Júpiter caliente, un tipo de planetas que ahora se sabe que son relativamente comunes, similares a Júpiter en tamaño y masa, pero que orbitan mucho más cerca de su estrella madre.

Desde este descubrimiento que hizo historia se han confirmado más de 1.900 exoplanetas en 1.200 sistemas planetarios, pero, en el año del vigésimo aniversario de su descubrimiento, 51 Pegasi b vuelve a escena una vez más para proporcionar otro avance en el estudio de los exoplanetas.

El equipo que hizo esta nueva detección fue dirigido por Jorge Martins, del Instituto de Astrofísica y Ciencias del Espacio (IA) y la Universidad de Oporto (Portugal), quien actualmente es estudiante de doctorado en ESO en Chile. Utilizaron el instrumento HARPS, instalado en el Telescopio de 3,6 metros de ESO, en el Observatorio La Silla (Chile).

En la actualidad, el método más utilizado para examinar la atmósfera de un exoplaneta es observar el espectro de la estrella anfitriona a medida que se filtra a través de la atmósfera del planeta durante el tránsito (una técnica conocida como espectroscopía de transmisión). Un enfoque alternativo es observar el sistema cuando la estrella pasa por delante del planeta, lo que principalmente ofrece información sobre la temperatura de los exoplanetas.

La nueva técnica no depende de encontrar un tránsito planetario, por lo que potencialmente podría usarse para el estudio de muchos más exoplanetas. Permite detectar el espectro planetario directamente en luz visible, lo que significa que se pueden deducir diferentes características del planeta que son inaccesibles para otras técnicas.

El espectro de la estrella anfitriona se utiliza como una plantilla para guiar la búsqueda de una firma similar de luz que se espera se refleje en el planeta a medida que describe su órbita. Es una tarea sumamente difícil ya que los planetas son increíblemente débiles en comparación con sus deslumbrantes estrellas anfitrionas.

También es común que la señal del planeta pueda verse saturada por otros pequeños efectos y fuentes de ruido [3]. Ante tal adversidad, el éxito de la técnica cuando se aplica a los datos de 51 Pegasi b recogidos por HARPS, proporciona una valiosísima prueba de concepto.

Jorge Martins explica: «este tipo de técnica de detección es de gran importancia científica, ya que permite medir la masa y la inclinación real de la órbita del planeta, esenciales para entender mejor todo el sistema. También nos permite estimar la reflectancia del planeta (o albedo), que puede utilizarse para inferir la composición tanto de la superficie como de la atmósfera del planeta».

Se ha descubierto que 51 Pegasi b tiene una masa de alrededor de la mitad de la de Júpiter y una órbita con una inclinación de cerca de nueve grados en dirección a la Tierra [4]. El planeta también parece ser más grande que Júpiter en diámetro y  altamente reflectante. Estas son características típicas de un Júpiter caliente que está muy cerca de su estrella anfitriona y, por tanto, expuesto a su intensa luz.

HARPS ha sido esencial para el trabajo de este equipo, pero el hecho de que el resultado se obtuviese usando elTelescopio de 3,6 metros de ESO, que tiene un rango limitado de aplicación con esta técnica, es una noticia emocionante para los astrónomos. Los equipos de este tipo ya existentes van a ser superados por instrumentos mucho más avanzados instalados en telescopios más grandes, como el VLT (Very Large Telescope) y el futuro E-ELT (European Extremely Large Telescope, Telescopio Europeo Extremadamente Grande) [5], ambos de ESO.

«Ahora esperamos con impaciencia la primera luz del espectrógrafo ESPRESSO, instalado en el VLT, para poder hacer estudios más detallados de este y otros sistemas planetarios,» concluye Nuno Santos (del IA y la Universidad de Oporto), coautor del artículo.

Notas

[1] Tanto 51 Pegasi b como su estrella anfitriona, 51 Pegasi, están entre los objetos disponibles en el concurso público de IAU “NameExoworlds” para proponer nombres con los que bautizarlos.

[2] Anteriormente, se detectaron dos objetos planetarios orbitando en el entorno hostil de un púlsar.

[3] El desafío es similar a tratar de estudiar el tenue brillo reflejado por un diminuto insecto volando alrededor de una luz brillante y distante.

[4] Esto significa que la órbita del planeta está cerca de ser vista de canto desde la Tierra, aunque esto es no suficiente para observar tránsitos.

[5] El instrumento ESPRESSO, instalado en el VLT, y, en el futuro, instrumentos incluso más potentes instalados en telescopios mucho más grandes, como el E-ELT, permitirá un aumento significativo en la capacidad de precisión y captación de luz,  ayudando a la detección de exoplanetas más pequeños e incrementando los detalles en los datos sobre planetas similares a 51 Pegasi b.

Información adicional

Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo científico titulado “Evidence for a spectroscopic direct detection of reflected light from 51 Peg b”, por J. Martins et al., y aparece en la revista Astronomy & Astrophysics del 22 de abril de 2015.

(ESO)