‘Sistemas planetarios’

Visiones de Gaia: la Tierra desde el espacio

Un libro de divulgación en lo sobre astrobiología, geología, biología, astrofísica. Tal vez la palabra más adecuada sea astroecología. Editado por el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA, recensión sobre el libro), se puede descargar libremente.



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SISTEMA PLANETARIO

Es el conjunto formado por una estrella (o un sistema estelar binario) y todos los planetas y cuerpos menores que orbitan a su alrededor. En nuestro sistema planetario, llamado Sistema Solar, los cuerpos que giran alrededor del Sol son los planetas y sus satélites, los planetas enanos, los asteroides y los cometas y otros cuerpos menores. La mayoría de objetos del Sistema Solar se encuentran contenidos aproximadamente en un plano conocido como plano de la eclíptica. El Sistema Solar se extiende hasta un año-luz de su centro, el Sol. Si bien son miles de millones los cuerpos que componen el Sistema Solar, más del 99% de la masa del mismo está concentrada en el Sol. Los planetas, la mayoría de los satélites y todos los asteroides orbitan alrededor del Sol en la misma dirección siguiendo órbitas elípticas en sentido antihorario si se observa desde encima del polo norte del Sol.
Además de nuestro propio sistema planetario, recientemente se han descubierto más de 400 planetas alrededor de otras estrellas (exoplanetas o planetas extrasolares), gracias a varias técnicas de observación entre las que destacan la espectroscopia de alta resolución y la fotometría (medida de brillos) de alta precisión. Algunos de ellos se encuentran en verdaderos sistemas planetarios, que contienen una estrella central y dos o más planetas. Con anterioridad a la identificación del primer exoplaneta por métodos espectroscópicos en 1995, se habían des- cubierto discos circunestelares alrededor de estrellas, tanto de acreción (restos de la formación de la propia estrella) como aquéllos formados por el material usado para generar los planetas (denominados discos de residuos, o de debris). Lo que es más sorprendente es que incluso se han detectado sistemas planetarios que también incluyen discos circunestelares y que, por tanto, se encontrarían en una etapa evolutiva temprana, en la cual los exoplanetas todavía estarían en proceso de formación o habrían terminado recientemente de formarse.



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¿Formación planetaria en acción?

Liderada por una investigadora del CAB la que podría ser la primera detección de un compañero de muy baja masa en el hueco de un disco protoplanetario (extraído de la web del CAB).

Un equipo de astrónomos internacionales, entre los que se encuentra una investigadora del CAB, ha logrado estudiar el efímero disco de material que rodea a una estrella joven donde se podría estar formando un sistema planetario. Por primera vez se ha podido detectar a un compañero más pequeño, el que podría ser la causa del gran hueco que se observa en el disco. Futuras observaciones permitirán determinar si este compañero es un planeta o una enana marrón.

Los planetas se forman a partir de discos de material que rodean a las estrellas, pero la transición desde discos de polvo hasta sistemas planetarios es rápida y se identifican muy pocos objetos durante esta fase. Uno de estos objetos es T Chamaeleontis (T Cha), una estrella tenue que se encuentra a unos 330 años-luz de la tierra y ubicada en la pequeña constelación austral de Chamaeleon. T Cha es similar a nuestro Sol, pero mucho más joven: sólo tiene unos siete millones de años de edad. Aunque previamente se han logrado observar planetas en discos más maduros, hasta ahora no se ha encontrado ningún planeta en formación en el interior de estos discos de transición.

Nuria Huélamo, (Centro de Astrobiología, INTA-CSIC, España), es la primera autora de uno de los dos artículos que se publicarán próximamente en Astronomy & Astrophysics en torno a este descubrimiento. “Para nosotros -afirma Huélamo- el hueco en el disco de polvo alrededor de T Cha era una evidencia concluyente, y nos preguntamos: ¿estaremos siendo testigos de un compañero abriendo un hueco dentro del disco protoplanetario?”.

Usando el instrumento AMBER, instalado en el Very Large Telescope (VLT) de ESO -en la Región de Antofagasta, Chile- los astrónomos observaron que parte del material del disco de T Cha formaba un delgado anillo de polvo a tan sólo unos 20 millones de kilómetros de la estrella. Más allá de este disco interior encontraron una zona sin polvo y un disco externo comenzando en regiones ubicadas a 1.100 millones de kilómetros de la estrella y extendiéndose hacia el exterior. Pero fue necesario utilizar el instrumento NACO del VLT para lograr dilucidar qué estaban observando, ya que es muy difícil encontrar un objeto tenue tan cerca de una estrella brillante. Utilizando un modo del instrumento denominado SAM (sparse aperture masking), y tras un cuidadoso análisis, encontraron signos claros de un objeto ubicado dentro del hueco del disco, a unos mil millones de kilómetros de la estrella –un poco más lejos que Júpiter en nuestro Sistema Solar y cerca del borde exterior del hueco.

Nuria Huélamo afirma que “la instrumentación del VLT ha sido fundamental para obtener este resultado ya que NACO, en combinación con SAM, es una herramienta muy poderosa para explorar los huecos de los discos de transición. Desconocemos la naturaleza del objeto que hemos detectado, pero sí sabemos  que está en el lugar donde uno esperaría encontrar un planeta en formación, y eso es un paso adelante en nuestro afán por conocer cómo se forman los sistemas planetarios”.

Esta es la primera vez que se detecta un objeto más pequeño que una estrella en el hueco de un disco de transición que rodea a una estrella joven. La evidencia sugiere que el compañero no puede ser una estrella normal, pero podría ser una enana marrón rodeada de polvo o, aún más interesante, un planeta recién formado, aunque Huélamo concluye: “No estamos seguros de lo que vamos a encontrar cuando regresemos a Chile a observarlo de nuevo, pero  creemos que cualquiera que sea el resultado, enana marrón o planeta, será muy interesante desde el punto de vista científico e instrumental.”

Artículos científicos:
Huélamo et al. 2011, “A companion candidate in the gap of the T Cha transitional disk”;
Olofsson et al. 2011, “Warm dust resolved in the cold disk around TCha with VLTI/AMBER”.

El equipo liderado por Nuria Huelamo está compuesto por J. Olofsson (Max-Planck-Institut für Astronomie [MPIA], Heidelberg, Alemania), M. Benisty (MPIA), J.-C. Augereau (Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble [IPAG], Francia) C. Pinte (IPAG), F. Ménard (IPAG), E. Tatulli (IPAG), J.-P. Berger (ESO, Santiago, Chile), F. Malbet (IPAG), B. Merín (Herschel Science Centre, Madrid, España), E. F. van Dishoeck (Leiden University, Holanda), S. Lacour (Observatoire de Paris, Francia), K. M. Pontoppidan (California Institute of Technology, Estados Unidos), J.-L. Monin (IPAG), J. M. Brown (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemania), G. A. Blake (California Institute of Technology), N. Huélamo (Centro de Astrobiología, INTA-CSIC, España), P. Tuthill (University of Sydney, Australia), M. Ireland (University of Sydney), A. Kraus (University of Hawaii) y G. Chauvin (Université Joseph Fourier, Grenoble, Francia).

Pié de foto:

Impresión artística del disco alrededor de la estrella joven T Cha
Esta Impresión artística muestra el disco alrededor de la estrella joven T Cha. Usando el Very Large Telescope de ESO, en la Región de Antofagasta, en Chile, se descubrió que el disco está dividido en dos partes, un delgado anillo cerca de la estrella y el resto del material del disco mucho más hacia el exterior. Se ha detectado un objeto compañero en el hueco  del disco, el cual podría ser un planeta gigante o una enana marrón.
Crédito: ESO/L. Calçada

Enlace al impresionante video de la ESO.

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Continuidad para el Centro Astronómico Hispano Alemán

Después de meses de negociaciones, por fin se ha firmado el acuerdo entre la Sociedad Max-Planck, por parte alemana, y el Consejo Superio de Investigaciones Científicas, por parte española. Así, el Observatorio de Calar Alto, el más importante de la Europa continental, tiene garantizado sus actividades hasta finales del 2018. Además, iniciamos una nueva etapa con un desafío instrumental: el desarrollo de un instrumento específico para la búsqueda de exoplanetas tipo Tierra que orbiten alrededor de estrellas frías. Adjunto la nota de prensa a continuación.

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Nuestros desconocidos vecinos, las enanas marrones ultrafrías

David ByN

Exploramos las profundidades del espacio interestelar, desde el centro de la Galaxia hasta los confines de Universo cognoscible, hasta los primeros instantes después de su formación. Sin embargo, en las proximidades del Sol, a unos pocos años luz, siguen existiendo objetos por descubrir. Son las enanas marrones ultrafrías.

T10_F3

Varias imágenes de la enana marrón, tomadas con unas diferencias de unos pocos años. Se aprecia con facilidad el movimiento propio del objeto, lo que es indicativo de su proximidad. Además, sus colores con característicos de objetos muy fríos y, por lo tanto, muy poco luminosos: se trata por tanto de una enana marrón de últimos tipos espectrales (crédito Phil Lucas y colaboradores, 2MASS y UKIRT/UKIDSS)

Se podría decir que una enana marrón es una hermana pequeña de una estrella: de muy baja masa, el proceso que dio lugar a su formación no ha permitido que la temperatura y la presión central sean los suficientemente altas como para comenzar la fusión de hidrógeno en helio, la reacción nuclear básica que proporciona energía a las estrellas. Debido a este fenómeno, las enanas marrones son objetos fríos y poco luminosos que languidecen lentamente la pasar los eones.

T10_F1

Espectro infrarrojo de la enana marrón (en negro) y comparación con otro objeto similar, pero algo más caliente.

Ya son centenares las enanas marrones identificadas en diferentes ambientes. Ahora, utilizando el telescopio británico UKIRT, se ha descubierto uno de estos objetos a unos 3 parsec (unos 10 años-luz) de la Tierra. Estaría, pues, entre los diez objetos estelares (y cuasiestelares) más cercanos al Sistema Solar.

T10_F2

Secuencia de magnitudes absolutas (la luminosidad de los objetos en una banda centrada a una longitud de onda particular, en este caso la banda J del infrarrojo cercano) frente al tipo espectral. Esto es, se trata de una representación de brillo frente a la temperatura superficial (más correctamente, temperatura efectiva) del objeto. La nueva vecina del Sol, UGPS J0722 parece corresponder a un nuevo subtipo, el T10 (o Y0)

Entre sus características, destaca el hecho de que es extraordinariamente frío. Tanto, que se ha tenido que introducir una nueva subclasificación: T10 (o Y0). Ante este descubrimiento, uno no puedo evitar preguntarse cuántos objetos de características similares y aun más fríos existen en la vecindad del Sistema Solar, cuántos flotan en las inmensidades del vacío interestelar.

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PLANETA ENANO

Un planeta enano es un cuerpo celeste que cumple las siguientes condiciones: (a) orbita alrededor del Sol; (b) posee suficiente masa como para que su propia gravedad domine las fuerzas presentes como cuerpo rígido, lo que implica una forma aproximadamente redondeada determinada por el equilibrio hidrostático; (c) no ha limpiado su órbita de otros objetos; (d) no es un satélite de un planeta. Así, Plutón (descubierto en el año 1930 por C. Tombaugh), Ceres (el primer asteroide, hallado en el año 1801 por G. Piazzi) y Eris (o Éride, identificado en 2005 por M. Brown) pasan a ser planetas enanos. En particular, Plutón pierde su estatus como planeta debido a que no cumple una de las características que sí presentan los ocho planetas del Sistema Solar: no es el objeto dominante en su región del espacio o, dicho de otro modo, no ha logrado barrer su órbita, sino que comparte la zona con multitud de otros objetos del mismo tipo, los cuerpos que conforman el cinturón de objetos transneptunianos.

Plutón se ha convertido en el prototipo de los plutoides, que consistirían en aquellos planetas enanos (por tanto, de características análogas a las de Plutón) localizados más allá de la órbita del planeta Neptuno (cuya distancia es unas 30 veces la que separa a la Tierra del Sol, o 30 unidades astronómicas). Así, los plutoides son planetas enanos transneptunianos. Por tanto, Ceres, situado en el cinturón de asteroides (unas 2.8 au), no entraría dentro de esta categoría.

Actualmente solo Plutón, Eris, Makemake y Haumea son considerados oficialmente plutoides. En principio, todo objeto transneptuniano que tenga un diámetro aproximado de unos 800 km es candidato a ser considerado un plutoide y se le asignará un nombre como si lo fuera. Se espera que más plutoides reciban nombres a medida que la ciencia progrese y se realicen nuevos descubrimientos.

planeta enano

Ceres, un planeta enano, y Vesta, un asteroide de gran tamaño. Ambos se encuentran entre las órbitas de Marte y Júpiter, en el Cinturón de Asteroides, en donde se localizan multitud de objetos de distintas masas y formas. Créditos: Imagen de Ceres de J. Parker (NASA, ESA), imagen de Vesta de L. McFadden (NASA, ESA).



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EXOPLANETA O PLANETA EXTRASOLAR

La Unión Astronómica Internacional (UAI) definió de manera provisional el concepto de exoplaneta en el año 2003. Según la misma, los planetas fuera del Sistema Solar deben orbitar alrededor de una estrella o remanente de estrella (enana blanca o estrella de neutrones) y tener una masa inferior a 14 masas de Júpiter. Debido a su reducida masa, no alcanzan temperaturas y densidades en sus interiores lo suficientemente altas como para fusionar deuterio, un isótopo del hidrógeno compuesto por un protón y un neutrón, o cualquier otro elemento químico. Por tanto, no producen energía a partir de este tipo de fuente.

exoplaneta

El sistema exoplanetario de la estrella HR8799, compuesto por al menos tres exoplanetas. La imagen fue obtenida con el telescopio Keck y técnicas especiales que permiten realzar el contraste y eliminar casi todo el brillo de la estrella central. Sus planetas tienen masas entre 7 y 10 veces la de Júpiter y orbitan a gran distancia de la estrella (15, 40 y 70 unidades astronómicas). Créditos: Christian Marois, Bruce Macintosh, Keck Observatory.

Según la misma resolución de la UAI, los objetos subestelares, con masas superiores a los anteriores, pero que no fusionan hidrógeno, se deben denominar enanas marrones. Por otra parte, los objetos aislados de masa planetaria, con masa por debajo del límite de las 14 masas de Júpiter, se deben denominar subenanas marrones o cualquier otro nombre que sea apropiado, salvo planeta.

Por supuesto, estas definiciones podrían modificarse según nuestro conocimiento avance. Algunos investigadores consideran que la expresión sub-enana marrón no es muy acertada, y que serían más adecuados otros términos como IPMOs, planemos, oriones, o xebarcos.



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PLANETA

La Unión Astronómica Internacional, en su asamblea plenaria celebrada en Praga en agosto del año 2006, estableció una definición del término planeta, al menos en lo referente al Sistema Solar. Así, un planeta es un cuerpo celeste que: (a) orbita alrededor del Sol; (b) posee suficiente masa como para que su propia gravedad domine las fuerzas presentes como cuerpo rígido, lo que implica una forma aproximadamente redondeada determinada por el equilibrio hidrostático; (c) es el objeto claramente dominante en su vecindad, habiendo limpiado su órbita de cuerpos similares a él. Según esta definición, Plutón deja de ser un planeta, para pasar a ser el prototipo de un nuevo tipo de objetos: los planetas enanos. Dentro de la categoría de planetas enanos se encuentran Plutón, Ceres y Eris. Por tanto, el Sistema Solar se queda con ocho planetas: Mercurio, Venus, la Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. En nuestro sistema solar hay dos tipos de planetas, gaseosos y rocosos, y de los dos tipos se han descubierto planetas orbitando otras estrellas diferentes al Sol.

planeta

Saturno, observado por la misión Cassini-Hyugens, con el Sol oculto por el eclipse debido al disco del planeta. Aunque existe una cierta cantidad de material alrededor de este gigante gaseoso en forma de numerosos satélites y múltiples anillos, Saturno domina todo el conjunto. Créditos: Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA, NASA.

Los planetas gaseosos son aquellos constituidos principalmente por gases, en particular hidrógeno y helio. En nuestro Sistema Solar pertenecen a esta categoría Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, aunque en estos últimos el hielo es un componente sustancial en su composición. Los planetas gaseosos, dependiendo de sus mecanismos de formación, no tienen por qué poseer un núcleo sólido rocoso, sino que pueden consistir en un continuo de gases paulatinamente más densos que adquieren finalmente las propiedades de un fluido cuando se encuentra a alta presión. En el caso de Júpiter y Saturno, el hidrógeno gaseoso en estado molecular da paso a un estado conocido como «hidrógeno metálico» con unas propiedades particulares. La inmensa mayoría de los planetas extrasolares descubiertos hasta la fecha son planetas gaseosos debido, al menos en parte, a que los actuales métodos de detección discriminan mejor planetas de mayor masa.

Los planetas rocosos, también llamados telúricos, son los planetas formados principalmente por silicatos, en los que las atmósferas son secundarias y están influidas por la actividad geológica y, en el caso de la Tierra, por la actividad biológica. En el Sistema Solar existen cuatro planetas rocosos: Mercurio, Venus, la Tierra y Marte.



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ENANA MARRÓN

Una estrella se caracteriza por su masa, que determina de manera esencial las propiedades observacionales y el tiempo que brillará a partir de la producción de energía debido a reacciones nucleares en su interior. Sin embargo, en el espacio se pueden encontrar objetos de apariencia estelar pero que no tienen masa suficiente como para quemar el elemento más sencillo, el hidrógeno, que consta de un solo protón. Esto es debido a que la presión y temperatura internas, consecuencia del peso de todas las capas de material que se encuentran atraídas por la gravedad del objeto, no son lo suficientemente altas para iniciar la conversión de hidrógeno en helio. A estos cuerpos se los denomina objetos subestelares. La definición incluye tanto las enanas marrones, que en ciertos periodos evolutivos muy cortos pueden quemar un isótopo del hidrógeno denominado deuterio (un protón más un neutrón), como los objetos de masa planetaria, que carecen incluso de esta reacción nuclear. Los modelos teóricos predicen que el límite subestelar se encuentra en una masa equivalente a 0,072 veces la del Sol, aunque en realidad depende ligeramente del contenido de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, los cuáles representan una fracción mínima.

Las enanas marrones, por tanto, son objetos de masa intermedia entre las estrellas más ligeras y los planetas gaseosos más masivos (aproximadamente, entre 0,072 y 0,013 veces la masa del Sol). El espectro de las enanas marrones más frías descubiertas por ahora se parece más al de Júpiter que al de las estrellas frías. La primera enana marrón, Teide 1, fue descubierta en las Pléyades por un grupo español liderado por el astrofísico R. Rebolo en 1995.

Sigma Orionis

Imagen en falso color del cúmulo estelar abierto sigma Orionis. El cúmulo es muy joven (unos tres millones de años) y rico en enanas marrones, estrellas con discos protoplanetarios y con emisión de rayos X. Este cúmulo es la región del cielo con más y mejor conocidas enanas marrones. Créditos: José A. Caballero (Centro de Astrobiología).



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Condiciones iniciales para el desarrollo de una química prebiótica y una atmósfera (Astrobiología VIII)

David ByN

Las estrellas de tipo solar de y masa menor, durante los primeros millones de años, tiene discos de material circunestelar que pueden dar lugar a la formación de planetas que orbiten entorno al objeto central. Además, durante esta primera etapa, una estrella es muy activa, y presenta emisiones de material con gran frecuencia, que afectan a la región más interna del disco, que es justamente donde se encuentra la zona de habitabilidad, de la que ya hemos hablado en alguna que otra ocasión. Es la región de sistema planetario en cuestión en la que, de existir un planeta, de darían las condiciones adecuadas para la aparición de vida (esta condición no es suficiente). En el Sistema Solar, esta zona incluye a los planetas Venus, la Tierra y Marte.

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