El estudio de los exoplanetas ha avanzado mucho en los últimos años, gracias en gran parte a la misión Kepler. Pero esa misión tiene sus limitaciones. Es difícil para Kepler, y para otras tecnologías, visualizar regiones cercanas a sus estrellas. Ahora, un nuevo instrumento llamado coronógrafo de vórtice, instalado en el Observatorio Keck de Hawai, permite a los astrónomos observar discos protoplanetarios que están muy cerca de las estrellas que orbitan.
El problema al ver discos de polvo e incluso planetas cerca de sus estrellas es que las estrellas son mucho más brillantes que los objetos que las orbitan. Las estrellas pueden ser miles de millones de veces más brillantes que los planetas cercanos, lo que hace que sea casi imposible verlas bajo el resplandor. "El poder del vórtice radica en su capacidad de obtener imágenes de planetas muy cercanos a su estrella, algo que todavía no podemos hacer para planetas similares a la Tierra", dijo Gene Serabyn del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA. "El coronógrafo de vórtice puede ser clave para tomar las primeras imágenes de un punto azul pálido como el nuestro".
"El poder del vórtice radica en su capacidad para obtener imágenes de planetas muy cercanos a su estrella, algo que todavía no podemos hacer para planetas similares a la Tierra". - Gene Serabyn, JPL.
"El coronógrafo de vórtice nos permite observar las regiones alrededor de las estrellas donde supuestamente se forman planetas gigantes como Júpiter y Saturno", dijo Dmitri Mawet, científico investigador del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y Caltech, ambos en Pasadena. “Antes de ahora, solo podíamos crear imágenes de gigantes gaseosos que nacen mucho más lejos. Con el vórtice, podremos ver planetas orbitando tan cerca de sus estrellas como Júpiter está de nuestro sol, o cerca de dos o tres veces más cerca de lo que era posible antes ".
En lugar de enmascarar la luz de las estrellas, como otros métodos de visualización de exoplanetas, el coronógrafo de vórtice redirige la luz lejos de los detectores combinando ondas de luz y anulándolas. Debido a que no existe una máscara de ocultación, el coronógrafo de vórtice puede capturar imágenes de regiones mucho más cercanas a las estrellas que otros coronógrafos. Dmitri Mawet, científico investigador que inventó el nuevo coronógrafo, lo compara con el ojo de una tormenta.
"El instrumento se llama coronógrafo de vórtice porque la luz de la estrella se centra en una singularidad óptica, lo que crea un agujero oscuro en la ubicación de la imagen de la estrella", dijo Mawet. “Los huracanes tienen una singularidad en sus centros donde las velocidades del viento caen a cero: el ojo de la tormenta. Nuestro coronógrafo de vórtice es básicamente el ojo de una tormenta óptica donde enviamos la luz de las estrellas ”.
Los resultados del coronógrafo vórtice se presentan en dos artículos (aquí y aquí) publicados en el Astronomical Journal de enero de 2017. Uno de los estudios fue dirigido por Gene Serabyn de JPL, quien también es jefe del proyecto de vórtice Keck. Ese estudio presentó la primera imagen directa de HIP79124 B, una enana marrón que está a 23 UA de su estrella, en la región de formación estelar llamada Scorpius-Centaurus.
“La capacidad de ver muy cerca de las estrellas también nos permite buscar planetas alrededor de estrellas más distantes, donde los planetas y las estrellas aparecerían más juntos. Tener la capacidad de examinar estrellas distantes en busca de planetas es importante para atrapar planetas que aún se están formando ”, dijo Serabyn.
"Tener la capacidad de examinar estrellas distantes en busca de planetas es importante para atrapar planetas que aún se están formando". - Gene Serabyn, JPL.
El segundo de los dos estudios de vórtice presentó imágenes de un disco protoplanetario alrededor de la joven estrella HD141569A. Esa estrella en realidad tiene tres discos a su alrededor, y el coronógrafo pudo capturar una imagen del anillo más interno. La combinación de los datos del vórtice con los datos de las misiones Spitzer, WISE y Herschel mostró que el material formador de planetas en el disco está formado por granos de olivino del tamaño de un guijarro. El olivino es uno de los silicatos más abundantes en el manto de la Tierra.
"Los tres anillos alrededor de esta joven estrella están anidados como muñecas rusas y están experimentando cambios dramáticos que recuerdan la formación planetaria", dijo Mawet. "Hemos demostrado que los granos de silicato se han aglomerado en guijarros, que son los componentes básicos de los embriones planetarios".
Estas imágenes y estudios son solo el comienzo para el coronógrafo de vórtice. Se utilizará para observar muchos más sistemas planetarios jóvenes. En particular, examinará los planetas cerca de las llamadas "líneas de escarcha" en otros sistemas solares. Es la región alrededor de los sistemas estelares donde hace suficiente frío para que las moléculas como el agua, el metano y el dióxido de carbono se condensen en granos sólidos y helados. El pensamiento actual dice que la línea de escarcha es la línea divisoria entre donde se forman los planetas rocosos y los planetas gaseosos. Los astrónomos esperan que el coronógrafo pueda responder preguntas sobre Júpiter calientes y Neptunes calientes.
Hot Jupiters y Neptunes son grandes planetas gaseosos que se encuentran muy cerca de sus estrellas. Los astrónomos quieren saber si estos planetas se formaron cerca de la línea de escarcha y luego migraron hacia adentro hacia sus estrellas, porque les es imposible formarse tan cerca de sus estrellas. La pregunta es, ¿qué fuerzas los hicieron migrar hacia adentro? "Con un poco de suerte, podríamos atrapar planetas en el proceso de migración a través del disco formador de planetas, al observar estos objetos muy jóvenes", dijo Mawet.
