Planetas extrasolares: métodos de detección, observaciones

y características.

Luis A. Zapata 30 de Noviembre del 2003

El Inicio.

Las ideas de Copernico (1473-1543) de un sistema solar heliocéntrico, revolucionaron el pensamiento acerca del Universo.

Aún que él mismo no pensaba que existiera una gran abundancia de sistemas planetarios, su propio condescendiente Giordano Bruno (1548-1600) fue llevado a la hoguera por esta idea.

A principios de 1900 las “nebulosas espirales” tales como M51 fueron interpretadas como formación de nuevos sistemas planetarios (Moulton 1905).

A finales de 1963, el análisis de las placas fotográficas de la estrella de Barnard en el "Sprul Observatory of Swarthmore College" por Peter van der Kamp, mostró que dos planetas orbitaban entorno a esta estrella (Van der Kamp P. 1969 & 1982).

Unos años después, los artículos de Gatewood G. & Heinrich E. (1973), Hershey, J. (1973) entre otros, mostraron que Van der Kamp estaba equivocado y no hay tales planetas.

Al iniciar los 90s el artículo en Nature "A planet orbiting the neutron star PSR1829 -10" por Bailes, Lyne & Shemar, indicaba otro posible sistema planetario, pero Bailes y colaboradores en 1992 se retractaron, indicando que no habían hecho las correciones debidas al movimiento de la Tierra con respecto al Sol.

Al mismo tiempo Wolszczan & Frail (1992), detectan el primer planeta extrasolar otro pulsar.

Estrella de Barnard.

10''/ año

Métodos para la detección de Planetas.

Los directos: Detectan los fotones provenientes de la luz reflejada por los planetas.

Proyección Directa de la Imagen.

Anulación de la Luz por Interferometría.

Los indirectos: Detectan las perturbaciones de la estrella (gravitacional, luminosidad, etc.) debido a la presencia de planetas.

Técnica Doppler.

Timing Pulsar.

Tránsito Fotométrico.

Astrometría.

Lentes Gravitacionales.

Métodos Indirectos.

Técnica Doppler

Este método es el más exitoso para encontrar planetas. Debido a la estrella y el planeta se mueven en torno a su centro de masa, podemos medir la velocidad radial de la estrella utilizando la técnica Doppler.

Técnica Doppler

Los observatorios terrestres no alcanzan medir corrimientos doppler debidos al movimiento de la estrella menores a 3 m/s (McMillan et al. 1993).

Esto corresponde a un límite inferior de la masa del planeta (Mp) de 0.1 MJUP*(sin (i)), para a = 1 UA y M*= 1 MSOL donde la amplitud está dada por :

3 m/sJupiter

2/3 1/3*

sin30 pM i

AMPLM P

y el periodo lo podemos escribir como:

2 32

*

4

( )p

aP

G M M

Método Indirecto.

P

Este método se usa principalmente para estrellas en secuencia principal de tipo espectral de F, G, K y M (Saar & Donahue 1997). Debido a que estrellas muy calientes, pulsan y tienen menor estructura espectral.

El número de planetas extrasolares medidos con esta técnica es alrededor de 100.

Técnica Doppler Método Indirecto.

Técnica DopplerTécnica Doppler

16 Cygni B b

Julio, 1997. Cochran et al. (1997)

M*=1 Sol.Masa = 1.6 MJ*(sin i) Sistema Binario: Cygni AB.Periodo = 801 días. Upsilon AndromedaeRadio = 1.9 U. A. Tau Bootis

Método Indirecto.

Técnica DopplerTécnica Doppler

Corona Borealis (CrB)

Abril 1997.Noyes et al. (1997)

M*=1 Sol.Masa = 1.3 MJ*(sin i)Periodo = 39.6 días.Radio =0.23 U. A.

Método Indirecto.

Pulsar Timing

Este procedimiento esta basado en la detección precisa del tiempo de arribo de los pulsos producidos por una estrella de neutrones ó pulsar.

Dados los modelos estándar de la llegada de los pulsos TOA (Times-Of-Arrival) y los resultados de las observaciones a los pulsares, podemos restarlos y obtener un ajuste residual.

La examinación de este ajuste residual (tomando en cuenta fuentes de retraso de pulsos como: precesión, efectos de propagación, etc.) nos puede dar información acerca de la posible presencia de planetas entorno al pulsar.

Método Indirecto.

Pulsar Timing

PSR B1254+12

1994, virgo.

Primera Detección de Planetas Extrasolares, Wolszczan & Frail (1992), Wolszczan (1994).

A B C

Radio (UA) 0.19 0.36 0.47 Exentricidad 0.00 0.01 0.02Periodo (días) 25.3 66.5 98.2Masa (M)*sin(i) 0.01 3.40 2.80

Método Indirecto.

Pulsar TimingMétodo Indirecto.

Tránsito Fotométrico

El método de transito fotométrico mide la cantidad de flujo reducido de la estrella por el tránsito del planeta y nos da el radio del planeta.

Si suponemos que una estrella del tipo solar es transitada por un planeta tipo Júpiter, la cantidad de flujo reducido será 1 %. Siendo sencillamente de distinguir entre otros efectos como manchas solares.

Método Indirecto.

Tránsito Fotométrico

HD209458

Mazeh et al (2000)ApJ.Henry et al. (2000) ApJL. Charbonneau et al. (2000) ApJL.

M*= 1 Msol

Mp= 0.67 MJ*sin(i) P = 3.5 díasa = 0.05 UARp=1.40 +/- 0.17 RJup

Método Indirecto.

Astrometría

Este método utiliza el movimiento de la estrella (proyectado en el plano del cielo) debido a la presencia de planetas.

Los planetas masivos y con órbitas más distantes serán más sencillos de detectar, debido a la gran amplitud que tendrá el movimiento de la estrella.

El problema de utilzar este método es el periodo de los planetas. Por ejemplo si tomamos un planeta de la masa de Júpiter a una distancia Urano, el periodo llegará a ser de 84 años.

Método Indirecto.

Métodos Directos. Proyección Directa de la Imágen.

Este método intenta resolver a los planetas de manera directa utilizando herramientas como la óptica activa, técnica Spekel y telescopios en órbita como el Hubble.

Anulación de la luz por interferometría.

Esta técnica fue primeramente propuesta por Bracewell & MacPhie en 1978. Consiste en el desfasamiento de la luz recolectada por uno los elementos del interferómetro para anularse al ser sumada, y así obtener luz proveniente del planeta.

Distribución de las Masas y Distancias.

Proyectos Futuros.

Interferómetro Keck (JPL)Técnica: Anulación de luz por interferometría.Propósito: Busqueda de sistemas extrasolares. Fecha: 2000

The Space Interferometry Mission (JPL)Técnica: AstrometríaPropósito: Busqueda de planetas. Fecha: 2009

Terrestrial Planet Finder (JPL)Técnica: Líneas. Propósito: Busqueda de agua, dióxido carbono y ozono en las atmósferas de planetas. Fecha: 2015

Proyectos Futuros.

Large Binocular Telescope Interferometer (NASA)Técnica: Anulación de luz por interferometría.Propósito: Busqueda de sistemas extrasolares. Fecha: October 2005

Palomar Testebed Interferometer (NASA)Técnica: Astrometría.Propósito: Busqueda de sistemas extrasolares. Fecha: 1997 a 2004

Kepler (NASA)Técnica: Trásito Fotométrico.Propósito: Busqueda de sistemas extrasolares. Fecha: October 2010

"Innumerable suns exist; innumerable earths revolve around these suns in a manner similar to the way the seven planets revolve around our sun.Living beings inhabit these worlds.“

Giordano Bruno, On the Infinite Universe and Worlds, 1584