Por primera vez fotografían el movimiento de un exoplaneta

Por vez primera, los astrónomos han sido capaces de seguir directamente el movimiento de un exoplaneta mientras se mueve de un lado al otro de su estrella anfitriona. El planeta tiene la órbita más pequeña hasta el momento de todos los exoplanetas fotografiados directamente, con una cercanía tan próxima como Saturno a nuestro Sol.

Arriba: Diferentes ubicaciones del planeta Beta Pictoris b alrededor de su estrella anfitriona. Crédito: ESO/A.-M. Lagrange.

Los científicos creen que puede estar formado de forma similar a los planetas gigantes de nuestro Sistema Solar. Debido a que la estrlla es tan joven, este descubrimiento demuestra que los planetas gigantes de gas pueden formarse dentro de discos en sólo algunos millones de años, un período de tiempo breve en la escala cósmica.

Con sólo 12 millones de años de edad, Beta Pictoris es 75% más masiva que nuestra estrella, el Sol. Está ubicada a 60 años luz de la Tierra hacia la constelación de Pictor, el Pintor, y es uno de los ejemplos mejor conocidos de una estrella rodeada por un disco de escombros y cometas que caen hacia la estrella. "Esas fueron señales indirectas, pero reveladoras que fuertemente sugirieron la presencia de un planeta masivo, y ahora nuestras observaciones prueban esto definitivamente," dijo Anne-Marie Lagrange del Laboratoire d'AstrOphysique de Grenoble (LAOG). "Debido a que la estrella es tan joven, nuestros resultados prueban que los planetas gigantes pueden formar discos en lapsos de tiempo tan breves como de unos pocos millones de años."

Las observaciones recientes han mostrado que los discos alrededor de jóvenes estrellas se dispersan dentro de algunos millones de años, y que la formación de planetas gigantes debe ocurrir más rápido de lo que se creía anteriormente. Beta Pictoris es ahora una prueba clara de que esto es posible.

El equipo usó el instrumento NAOS-CONICA (NACO) montado en una Unidad de Telescopios de 8,2 metros del Telescopio Muy Grande (VLT) perteneciente al Observatorio Europeo Austral (ESO) para estudiar el medio inmediato de Beta Pictoris en 2003, 2008 y 2009. En 2003, fue vista una débil fuente dentro del disco, pero no fue posible de excluir la posibilidad remota de que fuera una estrella de fondo. En las nuevas imágenes tomadas en 2008 y 2009, la fuente había desaparecido. Las observaciones más recientes tomadas en otoño de 2009 revelaron que el objeto en el otro lado del disco después de un período de ocultamiento ya sea detrás o frente a la estrella (en cuyo caso está escondida por el resplandor de la estrella). Esto confirmó que la fuente era un exoplaneta y que se encontraba orbitando a su estrella anfitriona. También proveía información sobre el tamaño de su órbita alrededor de la estrella.

Arriba: Estrella Beta Pictoris. Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2.

Las imágenes están disponibles para cerca de 10 exoplanetas, y el planeta alrededor de Beta Pictoris -designado Beta Pictoris b- tiene la órbita más pequeña conocida hasta el momento. Está ubicado a una distancia de entre 8 y 15 veces la separación entre la Tierra y el Sol (8 a 15 Unidades Astronómicas, UA), lo que corresponde a una distancia aproximada entre Saturno y el Sol. "El breve período del planeta nos permitirá registrar la órbita completa dentro de tal vez 15 a 20 años, y mayores estudios de Beta Pictoris b proveerán una comprensión invaluable de la física y química de la atmósfera de un joven planeta gigante," dijo Mickaël Bonnefoy de LAOG.

El planeta tiene una masa de cerca de 9 masas de Júpiter y la masa y la ubicación correcta para explicar la curva orbital en las partes internas del disco. Este descubrimiento muestra alguna similitud con la predicción de la existencia de Neptuno por los astrónomos Adams y Le Verrier en el siglo XIX, basada en observaciones de la órbita de Urano.

"Junto a los planetas encontrados alrededor de estrellas de Fomalhaut jóvenes y masivas y HR8799, la existencia de Beta Pictoris b sugiere que los súper Júpiters podrían ser subproductos frecuentes de la formación planetaria alrededor de estrellas más masivas," dijo Gaël Chauvin de LAOG.

Ese tipo de planetas interrumpen los discos alrededor de sus estrellas, creando estructuras que podrían ser fácilmente observables con el Instrumento Milimétrico/Submilimétrico Grande de Atacama (ALMA), el revolucionario telescopio en construcción por ESO junto a socios internacionales.

Algunos otros candidatos planetarios han sido fotografiados, pero todos están ubicados más lejos de su estrella anfitriona que Beta Pictoris b. Si fueran ubicados en el Sistema Solar deberían estar más alla del planeta más lejano, Neptuno. Los procesos de formación de estos planetas distantes son probablemente muy diferentes de aquellos en nuestro Sistema Solar y en Beta Pictoris.

"Las recientes imágenes directas de exoplanetas -principalmente hechas por VLT- ilustran la diversidad de sistemas planetarios," dijo Lagrange. "Entre ellas, Beta Pictoris b es el caso más prometedor de un planeta que podría haberse formado en la misma forma que los planetas gigantes en nuestro Sistema Solar."

Más información:
Artículo en el sitio de ESO

Fuente: ESO.

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Astrónomos encuentran un nuevo tipo de supernova

Por primera vez, los astrónomos han encontrado una explosión de supernova con propiedades similares a una explosión de rayos gamma, pero sin emisión de estos rayos. El descubrimiento, usando el radiotelescopio del Dispositivo Muy Grande (VLA) de la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos, promete, de acuerdo a los científicos, el hallazgo de más ejemplos de este tipo de explosiones.

Izquierda: Representación artística de una supernova impulsada por un "motor" de material en aceleración cerca del núcleo. Crédito: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF.

"Pensamos que las observaciones de radio serán pronto una herramienta más poderosa para hallar este tipo de supernovas en el Universo cercano en vez de los satélites de rayos gamma," dijo Alicia Soderberg, del Centro para Astrofísica de Harvard-Smithsonian.

El descubrimiento tuvo lugar cuando las observaciones de radio mostraban material expulsado de la explosión supernova conocida como SN2009bb, a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Esto caracterizó a la supernova, vista por primera vez en marzo de 2009.

"Es extraordinario que radiación de baja energía como las ondas de radio puedan enviar una señal de un evento de energía muy alta," dijo Roger Chevalier de la Universidad de Virginia.

Cuando las reacciones de fusión nuclear en en núcleo de estrellas muy masivas no puede proveer la energía necesaria para sostener al núcleo contra el peso del resto de la estrella, el núcleo colapsa catastróficamente en una estrella de neutrones muy densa o en un agujero negro. El resto del material de la estrella es expulsado al espacio en una explosión de supernova. Durante la última década, los astrónomos han identificado un particular tipo de estas supernovas como causa de un tipo de explosión de rayos gamma.

No todas las supernovas de este tipo, producen explosiones de rayos gamma. "Sólo cerca de una dentro de cien lo hacen," de acuerdo a Soderberg.

En el tipo más común de supernovas, la explosión arroja el material de la estrella en una forma casi esférica cuyas velocidades son de cerca del 3% de la velocidad de la luz. En las supernovas que producen explosiones de rayos gamma, en algunos casos el material es acelerado a velocidades próximas a la de la luz.

Las velocidades elevadas en estas raras explosiones, dicen los astrónomos, son causadas por un "motor" en el centro de la explosión supernova que se asemeja a una versión pequeña de un cuásar. El material que cae hacia el núcleo entra en un disco de espiral que rodea a la estrella de neutrones o agujero negro. Este disco de acreción produce chorros de material acelerados a velocidades muy grandes desde los polos del disco.

"Esta es la única forma que sabemos que una explosión supernova pueda acelerar material a esta velocidad," dijo Soderberg.

Hasta ahora, no se ha detectado este tipo de supoernova de otra forma que no sea detectándo los rayos gammas emitidos por ésta.

"Descubrir este tipo de supernova al observer su emisión de radio en vez de hacerlo a través de los rayos gamma, es un gran paso. Con las nuevas capacidades del VLA Expandido, creemos que encontraremos más en el futuro a través de observaciones de radio en vez de satélites de rayos gamma," dijo Soderberg.

¿Por qué nadie habñia visto los rayos gamma de esta explosión? "Sabemos que la emisión de rayos gamma es emitida en esas explosiones y esta misma puede haber estado apuntando lejos de la Tierra y por eso no fue vista," dijo Soderberg. En ese caso, encontrar esas explosiones a través de observaciones de radio permitirá a los astrónomos descubrir un mayor porcentaje de ellas en el futuro.

"Otra posibilidad", agrega Soderberg, "es que las explosiones de rayos gamma fueron 'suavizadas' a medida que trataban de escapar de la estrella. Esto es tal vez más la posibilidad más excitante ya que implica que podemos hallar e identificar supernovas impulsadas por estos motores que carecen de los rayos gamma detectables y por ello pasan desapercibidas por los satélites de rayos gamma."

Una pregunta importante que los científicos esperan responder es qué causa la diferencia entre supernovas "comúnes" e "impulsadas por motores".

Una idea popular es que este tipo de estrellas tienen una concentración inusualmente baja de elementos más pesados que el hidrógeno. Sin embargo, Soderberg señala que ese no parece ser el caso para esta supernova.

Más información:
National Radio Astronomy Observatory

Fuente: National Radio Astronomy Observatory.

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Una colisión galáctica que crea un agujero negro

Una imagen de la colisión de dos galaxias, NGC 6872 e IC 4970, fue obtenida por tres telescopios y en tres longitudes de onda diferentes.

La imagen de rayos-X fue obtenida por el Observatorio de Rayos-X Chandra de la NASA, (púrpura), la imagen en infrarrojo proviene del Telescopio Infrarrojo Spitzer (color rojo), mientras que la parte óptica, proveniente del Telescopio Muy Grande (VLT, por sus siglas en inglés) del ESO, aparece en la imagen de coloración roja, verde y azúl.

Arriba: NGC 6872 e IC 4970 en proceso de colisión. Crédito: Rayos-X: NASA/CXC/SAO/M.Machacek; Óptico: ESO/VLT; Infrarrojo: NASA/JPL/Caltech.

Los astrónomos piensan que los agujeros negros existen en el centro de la mayoría de las galaxias. No sólo las galaxias y los agujeros negros parecen coexistir, sino que parece que están fuertemente relacionados en su evolución. Para comprender esta relación simbiótica, los científicos se han enfocado en lo que se llama núcleos galácticos activos (AGN), para estudiar cómo son afectados por sus medioambientes galacticos.

Los últimos datos de Chandra y Spitzer muestran que IC4970, la pequeña galaxia en la parte superior de la imagen, contiene un AGN, pero uno que está muy esconcido por el capullo de gas y polvo, por lo que muy poca luz es detectada por telescopios ópticos como el VLT. Los raros-X e infrarrojos, sin embargo, pueden penetrar este velo de material y revelar la luz que es generada a medida que se calienta el material antes de caer dentro del agujero negro, el cual se ve como una fuente que parece un punto brillante.

A pesar de este gas y polvo alrededor de IC 4970, los datos de Chandra sugieren que no hay gas caliente suficiente en IC 4970 para impulsar el crecimiento del AGN. El origen en realidad está en su galaxia compañera, NGC 6872. Ambas están en el proceso de una colisión y la atracción gravitacional de IC 4970 ha extraido parte de la reserva de gas frío de NGC 6872 (visible claramente en los datos de Spitzer) proveyendo una nueva fuente de energía para la creación del agujero negro gigante.

Más información:
IC 4970 and NGC 6872:
Galaxy Collision Switches on Black Hole
Página de Chandra en el sitio de la NASA

Fuente: Chandra.

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Sigue el enigma sobre las variaciones períodicas en estrellas similares al Sol

Un estudio reciente realizado con el Telescopio Muy Grande (VLT, por sus siglas en inglés) del Observatorio Europeo Sur (ESO) se adentró en un misterio de larga data en estrellas similares al Sol. Resulta que las variaciones de brillo en cerca de un tercio de todas las estrellas similares al Sol a lo largo de un año permanecen sin explicación.

Izquierda: Diagrama de la evolución de una estrella similar al Sol, convirtiéndose en gigante roja y terminando como enana blanca. Crédito: ESO/S. Steinhöfel.

Durante las últimas décadas, los astrónomos, han ofrecido muchas explicaciones posibles, pero las nuevas observaciones las contradicen a todas e incluso aumentan el misterio.

"Los astrónomos se quedaron en la oscuridad y, por esta vez, no la disfrutamos," dijo Christine Nicholls, del Observatorio de Mount Stromlo en Australia. "Hemos obtenido el más completo grupo de observaciones hasta la fecha para esta clase de estrellas como el Sol, y claramente muestran que todas las explicaciones posibles para su comportamiento inusual simplemente fallan."

La investigación de este misterio comenzó en la década de 1930 y afecta a cerca de un tercio de las estrellas similares al Sol en nuestra Vía Láctea y otras galaxias. Todas las estrellas con masas similares al Sol se transforman, hacia el final de sus vidas, en estrellas extremadamente grandes, rojizas y frías para terminar en enanas blancas. También conocidas como gigantes rojas, estas estrellas viejas exhiben períodicamente intensas variaciones en su luminosidad en un lapso de tiempo de hasta un par de años.

"Se cree que tales variaciones son causadas por lo que llamamos 'pulsaciones estelares'," dijo Nicholls. "Hablando en líneas generales, la estrella gigante se hincha y se encoge, haciéndose más brillante y menos luminosa en un patrón regular. Sin embargo, un tercio de estas estrellas muestra una variación períodica adicional no esperada en escalas de tiempo incluso más largas - de hasta cinco años."

Para encontrar el origen de esta característica secundaria, los astrónomos monitorearon 58 estrellas en nuestro vecindario galáctico, en la Gran Nube de Magallanes, por más de un año y medio. De esta forma, adquirieron espectros usando el espectrógrafo de alta resolución FLAMES/GIRAFFE en el VLT de ESO y los combinaron con imágenes de otros telescopios, logrando una colección de las propiedades de estas estrellas variables.

En la investigación de Nicholls y sus colegas, las observaciones son incompatibles con todos los modelos previamente concebidos y reabren un tema que ha sido fuertemente debatido.

"Los nuevos datos obtenidos muestran que las pulsaciones son una explicación extremadamente improbable para la variación adicional," dijo el director del equipo, Peter Wood. "Otro mecanismo posible para producir las variaciones de luminosidad en una estrella es tener a la estrella moviéndose así mismo en un sistema binario. Sin embargo, nuestras observaciones también son fuertemente incompatibles con esta hipótesis."

Cualquiera sea la causa de estas variaciones inexplicables, el equipo encontró que las mismas están relacionadas a las eyecciones de masa en partes o la creación de un disco en expansión por parte de las estrellas gigantes.

Más información:
Brightness Variations of Sun-like Stars: The Mystery Deepens

Fuente: ESO.

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Una supernova única en su tipo sirve para estudiar el Universo temprano

SN 2007bi, una supernova extremadamente brillante y de larga duración, que fue detectada en una galaxia enana cercana por un telescopio robótico, resultó ser el primer ejemplo del tipo de estrellas que poblaron por primera vez en Universo.

Izquierda: Ilustración del material expulsado por SN 2007bi. El núcleo de níquel radioactivo (blanco) se convierte en cobalto, emitiendo rayos gamma y positrones que excitan las capas vecinas (amarillo texturizado) ricas en elementos pesados como el hierro. Las capas exteriores (más oscuras) tienen elementos más livianos como el oxígeno y carbono donde debe permanecer el helio, el cual se mantiene sin ser iluminado y no contribuye al espectro visible. Crédito: Berkeley Lab.

Su hallazgo, hacia principios de 2007, fue hecho por el Supernova Factory (SNfactory) ubicado en el Laboratorio Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE.UU. Su espectro era inusual y los astrónomos en la Universidad de California en Berkeley obtuvieron uno más detallado.

Durante el año y medio siguiente, los científicos de Berkeley participaron en una colaboración dirigida por Avishay Gal-Yam del Instituto de Ciencias Weizmann de Israel, para recoger y analizar muchos más datos a medida que la supernova se iba desvaneciendo.

Los estudios indicaron que la estrella precursora habría sido una gigante de al menos unas 200 veces la masa de nuestro Sol y tendría pocos elementos además del hidrógeno y helio, al igual que las primeras estrellas del Universo.

"Debido a que el núcleo en sí mismo tenía unas 100 masas solaes, el fenómeno ampliamente hipotetizado, conocido como estabilidad par, debe de haber ocurrido," dijo el astrofísico Peter Nugent, quien también es miembro del SNfactory y co-director del Centro de Cosmología Computacional (C3) que es una colaboración entre la División de Física del Laboratorio de Berkeley y la División de Investigacion Computacional (CRD), de la cual Nugent es parte del personal científico.

"En el extremo calor del interior de la estrella, los rayos gamma energéticos crearon pares de electrones y positrones, los cuales descargaron la presión que evitó que el núcleo colapsara."

"SN 2007bi fue la primera explosión de una estrella excesivamente masiva," afirmó Alex Filippenko, profesor del Departamento de Astronomía en la Universidad de California en Berkeley. En vez de convertirse en un agujero negro, como muchas estrellas pesadas, su núcleo siguió con el proceso nuclear hasta que explotó en pedazos. Este tipo de comportamientos había sido predicho hace varias décadas, pero nunca había sido observado antes.

SN 2007bi es la primera observación confirmada de una supernova de inestabilidad par.

La supernova fue registrada en imágenes tomadas por parte del Palomar-QUEST Survey, en una búsqueda autimátizada con el Telescopio Oschin de campo amplio en Observatorio Palomar del Instituto de Tecnología de California y fue rápidamente detectada y categorizada como una supernova inusual por el SNfactory.

SNfactory hasta ahora ha descubierto cerca de mil supernovas de todos los tipos, con miles de espectros diferentes, pero el interés está en las designadas como Tipo Ia, usadas como indicadores de la historia de la expansión del Universo. Sin embargo, SN 2007bi no es Tipo Ia, ya que era al menos diez veces más brillante.

"La corrida termonuclear experimentada por el núcleo de SN 2007bi es un ejemplo de lo que se ha visto en explosiones de enanas blancas como las supernovas Tipo Ia," dijo Filippenko, "pero en una escala más grande, con una cantidad mucho más grande de poder."

"El Laboratioro de Berkeley y el Departamento de Astronomía de CalTech se pusieron de acuerdo en que dividiríamos el trabajo, el Laboratorio se haría cargo de las de Tipo Ia y CalTech todas las de tipo restante." dijo Greg Aldering, jefe del proyecto SNfactory y autor del estudio que apareció en Nature el 3 de diciembre de 2009.

Los investigadores de CalTech obtuvieron espectros adicioanles con el Telescopio Keck y el Very Large Telescope (VLT) en Chile. Estos espectros indicaban claramente que había una gran cantidad de material expulsado por la explosión, incluyendo una cantidad récord de níquel radioactivo, el cual hizo que los gases brillaran con mucha intensidad.

"La parte central de la enorme estrella había fusionado oxígeno cerca del final de su vida, y estaba muy caliente," explicó Filippenko.

"Entonces, los protones más energéticos de luz se convirtieron en pares de electrón-positrón, robando la presión del núcleo y haciendo que colapse. Esto llevó a una explosión de corrida nuclear que creó una gran cantidad de níquel radioactivo, cuyo decremento dio energía al gas expulsado y mantuvo a la supernova visible por un largo tiempo."

Observaciones siguientes de la supernova demostraron de que se trataba de algo nuevo. Debido a que no tenía líneas hidrógeno o helio, el tipo de clasificación usual habría sido el de una supernova de Tipo Ic. Pero era tan brillante para ser una de Tipo Ic, que a Nugent le hizo recordar una supernova designada SN 1999as, encontrada por el Proyecto Cosmología de Supernova, aunque desafortunadamente tres semanas después de su pico de brillo.

Para comprender una supernova se requiere de un buen registro de su ascenso y descenso del brillo, o curva de luz. Aunque SN 2007bi fue detectada más de una semana después de su pico, Nugent, buscó a través de años de datos recopilados por el NERSC del SNfactory y otras investigaciones.

Encontró que el Catalina Sky Survey había registrado a SN 2007bi antes de su pico de brillo y eso le podría proveer de suficientes datos para calcular la duración de la curva de ascenso, con una duración extraordinaria de 70 días -más evidencia para identificar la inestabilidad par.

Es importante que SN 2007bi se haya encontrado en una galaxia enana, ya que este tipo de galaxias tienen pocos elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, por lo que representan modelos del Universo temprano.

Las galaxias enanas son obicuas, pero muy débiles y pequeñas. Filippenko afirma: "en el futuro, podríamos terminar detectando la primera generación de estrelas en la temprana historia del Universo, a través de explosines como las de SN2007bi - mucho antes de que tengamos la capacidad de ver directamente la pre-explosión de estrellas."

Más información:
Nature "Supernova 2007bi as a pair-instability explosion"
Berkeley Lab

Fuente: Berkeley Lab.

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