Los cambios periódicos en la velocidad radial de Epsilon Eridani han proporcionado evidencia de un planeta gigante orbitando alrededor de él, designado Epsilon Eridani b . [20] El descubrimiento del planeta fue inicialmente controvertido, [21] pero la mayoría de los astrónomos ahora consideran que el planeta está confirmado. En 2015, el planeta recibió el nombre propio de AEgir [ sic ]. [22] El sistema planetario Epsilon Eridani también incluye un disco de escombros que consiste en un análogo del cinturón de Kuiper a 70 ua de la estrella y polvo cálido entre aproximadamente 3 ua y 20 ua de la estrella. [23] [24] El espacio en el disco de escombros entre 20 y 70 ua implica la probable existencia de planetas exteriores en el sistema.
El planeta y su estrella anfitriona fueron seleccionados por la Unión Astronómica Internacional (UAI) como parte de la competencia NameExoWorlds para dar nombres propios a exoplanetas y sus estrellas anfitrionas, para algunos sistemas que aún no tenían nombres propios. [27] [28] El proceso implicó nominaciones por parte de grupos educativos y votación pública para los nombres propuestos. [29] En diciembre de 2015, la UAI anunció que los nombres ganadores eran Ran para la estrella y AEgir [ sic ] para el planeta. [22] Esos nombres habían sido presentados por los alumnos del octavo grado de la escuela secundaria Mountainside en Colbert, Washington , Estados Unidos. Ambos nombres derivan de la mitología nórdica : Rán es la diosa del mar y Ægir , su esposo, es el dios del océano. [30]
En 2016, la UAI organizó un Grupo de Trabajo sobre Nombres de Estrellas (WGSN, por sus siglas en inglés) [31] para catalogar y estandarizar los nombres propios de las estrellas. En su primer boletín de julio de 2016, [32] el WGSN reconoció explícitamente los nombres de los exoplanetas y sus estrellas anfitrionas que fueron producidos por el concurso. Epsilon Eridani ahora figura como Ran en el Catálogo de Nombres de Estrellas de la UAI. [17] Los astrónomos profesionales en su mayoría han seguido refiriéndose a la estrella como Epsilon Eridani. [33]
Arriba, la sección norte de la constelación de Eridanus está delineada en verde, mientras que Orión se muestra en azul. Abajo, una vista ampliada de la región en el recuadro blanco muestra la ubicación de Epsilon Eridani en la intersección de las dos líneas.
Catalogación
Epsilon Eridani es conocida por los astrónomos desde al menos el siglo II d. C., cuando Claudio Ptolomeo (un astrónomo griego de Alejandría , Egipto ) la incluyó en su catálogo de más de mil estrellas. El catálogo fue publicado como parte de su tratado astronómico Almagesto . La constelación de Eridanus fue nombrada por Ptolomeo – Ποταμού ( griego antiguo para 'río'), y Epsilon Eridani fue mencionada como su decimotercera estrella. Ptolomeo llamó a Epsilon Eridani ό τών δ προηγούμενος ( griego antiguo para 'un precedente de los cuatro') (aquí δ es el número cuatro). Se refiere a un grupo de cuatro estrellas en Eridanus: γ , π , δ y ε (décima a decimotercera en la lista de Ptolomeo). ε es la más occidental de ellas y, por lo tanto, la primera de las cuatro en el aparente movimiento diario del cielo de este a oeste. Los estudiosos modernos del catálogo de Ptolomeo designan su entrada como "P 784" (en orden de aparición) y "Eri 13" . Ptolomeo describió la magnitud de la estrella como 3. [36] [37]
Epsilon Eridani fue incluida en varios catálogos de estrellas de tratados astronómicos islámicos medievales , que se basaron en el catálogo de Ptolomeo: en el Libro de las estrellas fijas de Al-Sufi , publicado en 964, el Canon Mas'ud de Al-Biruni , publicado en 1030, y el Zij-i Sultani de Ulugh Beg , publicado en 1437. La estimación de Al-Sufi de la magnitud de Epsilon Eridani fue 3. Al-Biruni cita magnitudes de Ptolomeo y Al-Sufi (para Epsilon Eridani cita el valor 4 para las magnitudes de Ptolomeo y Al-Sufi; los valores originales de ambas magnitudes son 3). Su número en orden de aparición es 786. [38] Ulugh Beg realizó nuevas mediciones de las coordenadas de Epsilon Eridani en su observatorio de Samarcanda , y cita magnitudes de Al-Sufi (3 para Epsilon Eridani). Las designaciones modernas de su entrada en el catálogo de Ulugh Beg son "U 781" y "Eri 13" (esta última es la misma que la designación del catálogo de Ptolomeo). [36] [37]
En 1598, Epsilon Eridani fue incluido en el catálogo de estrellas de Tycho Brahe , reeditado en 1627 por Johannes Kepler como parte de sus Tablas Rudolphine . Este catálogo se basó en las observaciones de Tycho Brahe de 1577 a 1597, incluidas las de la isla de Hven en sus observatorios de Uraniborg y Stjerneborg . El número de secuencia de Epsilon Eridani en la constelación de Eridanus era 10, y fue designado Quae omnes quatuor antecedit ( en latín , "que precede a los cuatro"); el significado es el mismo que la descripción de Ptolomeo. Brahe le asignó magnitud 3. [36] [39]
La designación Bayer de Epsilon Eridani fue establecida en 1603 como parte de Uranometria , un catálogo de estrellas producido por el cartógrafo celeste alemán Johann Bayer . Su catálogo asignaba letras del alfabeto griego a grupos de estrellas pertenecientes a la misma clase de magnitud visual en cada constelación, comenzando con alfa (α) para una estrella en la clase más brillante. Bayer no hizo ningún intento de ordenar las estrellas por brillo relativo dentro de cada clase. Por lo tanto, aunque Epsilon es la quinta letra del alfabeto griego, [40] la estrella es la décima más brillante en Eridanus . [41] Además de la letra ε, Bayer le había dado el número 13 (el mismo que el número de catálogo de Ptolomeo, al igual que muchos de los números de Bayer) y la describió como Decima septima ( latín para 'la decimoséptima'). [nota 2] Bayer le asignó a Epsilon Eridani una magnitud de 3. [42]
En 1801, Epsilon Eridani fue incluida en la Histoire céleste française , el catálogo de Joseph Jérôme Lefrançois de Lalande de aproximadamente 50.000 estrellas, basado en sus observaciones de 1791-1800, en el que las observaciones están ordenadas en orden cronológico. Contiene tres observaciones de Epsilon Eridani. [nota 3] [48] En 1847, Francis Baily publicó una nueva edición del catálogo de Lalande, que contenía la mayoría de sus observaciones, en el que las estrellas estaban numeradas en orden de ascensión recta . Debido a que cada observación de cada estrella estaba numerada y Epsilon Eridani fue observada tres veces, obtuvo tres números: 6581, 6582 y 6583. [49] (Hoy en día los números de este catálogo se utilizan con el prefijo "Lalande", o "Lal". [50] ) Lalande le asignó a Epsilon Eridani una magnitud de 3. [48] [49] También en 1801 fue incluida en el catálogo de Johann Bode , en el que se agruparon alrededor de 17.000 estrellas en 102 constelaciones y se numeraron (Epsilon Eridani obtuvo el número 159 en la constelación de Eridanus). El catálogo de Bode se basó en observaciones de varios astrónomos, incluido el propio Bode, pero principalmente en las de Lalande y Lacaille (para el cielo del sur). Bode le asignó a Epsilon Eridani una magnitud 3. [51] En 1814 Giuseppe Piazzi publicó la segunda edición de su catálogo de estrellas (su primera edición se publicó en 1803), basado en observaciones durante 1792-1813, en el que se agruparon más de 7000 estrellas en 24 horas (0-23). Epsilon Eridani es el número 89 en la hora 3. Piazzi le asignó una magnitud 4. [52] En 1918 Epsilon Eridani apareció en el Catálogo Henry Draper con la designación HD 22049 y una clasificación espectral preliminar de K0. [53]
Detección de proximidad
Basándose en observaciones realizadas entre 1800 y 1880, se descubrió que Epsilon Eridani tenía un gran movimiento propio a través de la esfera celeste , que se estimó en tres segundos de arco por año ( velocidad angular ). [54] Este movimiento implicaba que estaba relativamente cerca del Sol, [55] lo que la convertía en una estrella de interés para el propósito de las mediciones de paralaje estelar . Este proceso implica registrar la posición de Epsilon Eridani a medida que la Tierra se mueve alrededor del Sol, lo que permite estimar la distancia de una estrella. [54] De 1881 a 1883, el astrónomo estadounidense William L. Elkin utilizó un heliómetro en el Observatorio Real del Cabo de Buena Esperanza , Sudáfrica, para comparar la posición de Epsilon Eridani con dos estrellas cercanas. A partir de estas observaciones, se calculó un paralaje de 0,14 ± 0,02 segundos de arco . [56] [57] En 1917, los observadores habían refinado su estimación de paralaje a 0,317 segundos de arco. [58] El valor moderno de 0,3109 segundos de arco es equivalente a una distancia de aproximadamente 10,50 años luz (3,22 pc). [1]
Descubrimientos circunestelares
Imagen en longitud de onda submilimétrica de un anillo de partículas de polvo alrededor de Epsilon Eridani (arriba, en el centro). Las áreas más brillantes indican las regiones con las mayores concentraciones de polvo.
Basándose en los aparentes cambios en la posición de Epsilon Eridani entre 1938 y 1972, Peter van de Kamp propuso que un compañero invisible con un período orbital de 25 años estaba causando perturbaciones gravitacionales en su posición. [59] Esta afirmación fue refutada en 1993 por Wulff-Dieter Heintz y la detección falsa fue atribuida a un error sistemático en las placas fotográficas . [60]
El telescopio espacial IRAS , lanzado en 1983, detectó emisiones infrarrojas de estrellas cercanas al Sol, [61] incluyendo un exceso de emisión infrarroja de Epsilon Eridani. [62] Las observaciones indicaron que un disco de polvo cósmico de grano fino orbitaba la estrella; [62] desde entonces este disco de escombros ha sido ampliamente estudiado. En 1998 se descubrieron pruebas de un sistema planetario mediante la observación de asimetrías en este anillo de polvo. La aglomeración en la distribución del polvo podría explicarse por interacciones gravitacionales con un planeta que orbita justo dentro del anillo de polvo. [63]
En 1987, Bruce Campbell, Gordon Walker y Stephenson Yang anunciaron la detección de un objeto planetario en órbita. [64] [65] De 1980 a 2000, un equipo de astrónomos dirigido por Artie P. Hatzes realizó observaciones de velocidad radial de Epsilon Eridani, midiendo el desplazamiento Doppler de la estrella a lo largo de la línea de visión . Encontraron evidencia de un planeta orbitando la estrella con un período de aproximadamente siete años. [20] Aunque hay un alto nivel de ruido en los datos de velocidad radial debido a la actividad magnética en su fotosfera , [66] se espera que cualquier periodicidad causada por esta actividad magnética muestre una fuerte correlación con variaciones en las líneas de emisión de calcio ionizado (las líneas Ca II H y K ). Debido a que no se encontró tal correlación, se consideró que un compañero planetario era la causa más probable. [67] Este descubrimiento fue respaldado por mediciones astrométricas de Epsilon Eridani realizadas entre 2001 y 2003 con el telescopio espacial Hubble , que mostraron evidencia de perturbación gravitacional de Epsilon Eridani por un planeta. [8]
SETI y exploración propuesta
En 1960, los físicos Philip Morrison y Giuseppe Cocconi propusieron que civilizaciones extraterrestres podrían estar usando señales de radio para comunicarse. [68] El Proyecto Ozma , dirigido por el astrónomo Frank Drake , utilizó el telescopio Tatel para buscar tales señales de las estrellas cercanas similares al Sol Epsilon Eridani y Tau Ceti . Los sistemas se observaron en la frecuencia de emisión del hidrógeno neutro , 1.420 MHz (21 cm). No se detectaron señales de origen extraterrestre inteligente. [69] Drake repitió el experimento en 2010, con el mismo resultado negativo. [68] A pesar de esta falta de éxito, Epsilon Eridani se abrió camino en la literatura de ciencia ficción y en los programas de televisión durante muchos años tras la noticia del experimento inicial de Drake. [70]
En Habitable Planets for Man , un estudio de la RAND Corporation de 1964 realizado por el científico espacial Stephen H. Dole, la probabilidad de que existiera un planeta habitable en órbita alrededor de Epsilon Eridani se estimó en un 3,3 %. Entre las estrellas cercanas conocidas, se la incluyó entre las 14 estrellas que se pensaba que tenían más probabilidades de albergar un planeta habitable. [71]
William I. McLaughlin propuso una nueva estrategia en la búsqueda de inteligencia extraterrestre ( SETI ) en 1977. Sugirió que eventos ampliamente observables como las explosiones de novas podrían ser utilizados por extraterrestres inteligentes para sincronizar la transmisión y recepción de sus señales. Esta idea fue puesta a prueba por el Observatorio Nacional de Radioastronomía en 1988, que utilizó las explosiones de Nova Cygni 1975 como cronómetro. Quince días de observación no mostraron señales de radio anómalas provenientes de Epsilon Eridani. [72]
Debido a la proximidad y las propiedades similares a las del Sol de Epsilon Eridani, en 1985 el físico y autor Robert L. Forward consideró al sistema como un objetivo plausible para los viajes interestelares . [73] Al año siguiente, la Sociedad Interplanetaria Británica sugirió a Epsilon Eridani como uno de los objetivos en su estudio del Proyecto Daedalus . [74] El sistema ha seguido estando entre los objetivos de tales propuestas, como el Proyecto Ícaro en 2011. [26]
Debido a su ubicación cercana, Epsilon Eridani estaba entre las estrellas objetivo del Proyecto Phoenix , un estudio de microondas de 1995 para buscar señales de inteligencia extraterrestre. [75] El proyecto había examinado alrededor de 800 estrellas en 2004, pero aún no había detectado ninguna señal. [76]
Propiedades
Ilustración de los tamaños relativos de Epsilon Eridani (izquierda) y el Sol (derecha)
A una distancia de 10,50 años luz (3,22 parsecs), Epsilon Eridani es la decimotercera estrella conocida más cercana (y la novena estrella solitaria o sistema estelar más cercano ) al Sol en 2014. [9] Su proximidad la convierte en una de las estrellas más estudiadas de su tipo espectral . [77] Epsilon Eridani se encuentra en la parte norte de la constelación de Eridanus, a unos 3° al este de la estrella ligeramente más brillante Delta Eridani . Con una declinación de −9,46°, Epsilon Eridani se puede ver desde gran parte de la superficie de la Tierra, en épocas adecuadas del año. Solo al norte de la latitud 80° N está permanentemente oculta bajo el horizonte. [78] La magnitud aparente de 3,73 puede dificultar su observación desde un área urbana a simple vista, porque los cielos nocturnos sobre las ciudades están oscurecidos por la contaminación lumínica . [79]
Epsilon Eridani tiene una masa estimada de 0,82 masas solares [10] [11] y un radio de 0,738 radios solares . [12] Brilla con una luminosidad de solo 0,34 luminosidades solares . [80] La temperatura efectiva estimada es de 5.084 K. [81] Con una clasificación estelar de K2 V, es la segunda estrella de secuencia principal de tipo K más cercana (después de Alpha Centauri B). [9] Desde 1943, el espectro de Epsilon Eridani ha servido como uno de los puntos de anclaje estables por los que se clasifican otras estrellas. [82] Su metalicidad , la fracción de elementos más pesados que el helio , es ligeramente inferior a la del Sol. [83] En la cromosfera de Epsilon Eridani , una región de la atmósfera exterior justo por encima de la fotosfera emisora de luz , la abundancia de hierro se estima en un 74% del valor del Sol. [83] La proporción de litio en la atmósfera es cinco veces menor que en el Sol. [84]
La clasificación de tipo K de Epsilon Eridani indica que el espectro tiene líneas de absorción relativamente débiles de la absorción por hidrógeno ( líneas de Balmer ) pero líneas fuertes de átomos neutros y calcio ionizado simple (Ca II). La clase de luminosidad V (enana) se asigna a las estrellas que están experimentando fusión termonuclear de hidrógeno en su núcleo. Para una estrella de secuencia principal de tipo K, esta fusión está dominada por la reacción en cadena protón-protón , en la que una serie de reacciones combina efectivamente cuatro núcleos de hidrógeno para formar un núcleo de helio. La energía liberada por la fusión se transporta hacia afuera desde el núcleo a través de la radiación , lo que da como resultado que no haya movimiento neto del plasma circundante. Fuera de esta región, en la envoltura, la energía es transportada a la fotosfera por convección de plasma , donde luego se irradia al espacio. [85]
Actividad magnética
Epsilon Eridani tiene un nivel de actividad magnética más alto que el Sol, y por lo tanto las partes externas de su atmósfera (la cromosfera y la corona ) son más dinámicas. La intensidad media del campo magnético de Epsilon Eridani en toda la superficie es(1,65 ± 0,30) × 10 −2 tesla , [86] que es más de cuarenta veces mayor que la intensidad del campo magnético de (5–40) × 10 −5 T en la fotosfera del Sol. [87] Las propiedades magnéticas se pueden modelar asumiendo que las regiones con un flujo magnético de aproximadamente 0,14 T cubren aleatoriamente aproximadamente el 9% de la fotosfera, mientras que el resto de la superficie está libre de campos magnéticos. [88] La actividad magnética general de Epsilon Eridani muestra coexistencia2,95 ± 0,03 yCiclos de actividad de 12,7 ± 0,3 años. [84] Suponiendo que su radio no cambia en estos intervalos, la variación a largo plazo en el nivel de actividad parece producir una variación de temperatura de 15 K, que corresponde a una variación en la magnitud visual (V) de 0,014. [89]
El campo magnético en la superficie de Epsilon Eridani provoca variaciones en el comportamiento hidrodinámico de la fotosfera. Esto da como resultado una mayor vibración durante las mediciones de su velocidad radial . Se midieron variaciones de 15 ms −1 durante un período de 20 años, lo que es mucho mayor que la incertidumbre de medición de 3 ms −1 . Esto hace que la interpretación de las periodicidades en la velocidad radial de Epsilon Eridani, como las causadas por un planeta en órbita, sea más difícil. [66]
Una curva de luz para Epsilon Eridani, que muestra los promedios de las magnitudes de las bandas b e y entre 2014 y 2021. [14] El recuadro muestra la variación periódica durante un período de rotación de 12,3 días. [90]
Epsilon Eridani está clasificada como una variable BY Draconis porque tiene regiones de mayor actividad magnética que se mueven dentro y fuera de la línea de visión a medida que gira. [6] La medición de esta modulación rotacional sugiere que su región ecuatorial gira con un período promedio de 11,2 días, [15] que es menos de la mitad del período de rotación del Sol. Las observaciones han demostrado que Epsilon Eridani varía hasta 0,050 en magnitud V debido a manchas estelares y otra actividad magnética de corto plazo. [90] La fotometría también ha demostrado que la superficie de Epsilon Eridani, como el Sol, está experimentando una rotación diferencial , es decir, el período de rotación en el ecuador difiere del de alta latitud . Los períodos medidos varían de 10,8 a 12,3 días. [89] [nota 4] La inclinación axial de Epsilon Eridani hacia la línea de visión desde la Tierra es muy incierta: las estimaciones varían de 24° a 72°. [15]
Los altos niveles de actividad cromosférica, el fuerte campo magnético y la velocidad de rotación relativamente rápida de Epsilon Eridani son característicos de una estrella joven. [91] La mayoría de las estimaciones de la edad de Epsilon Eridani la sitúan en el rango de 200 millones a 800 millones de años. [18] La baja abundancia de elementos pesados en la cromosfera de Epsilon Eridani generalmente indica una estrella más vieja, porque el medio interestelar (a partir del cual se forman las estrellas) se enriquece constantemente con elementos más pesados producidos por generaciones más antiguas de estrellas. [92] Esta anomalía podría ser causada por un proceso de difusión que ha transportado algunos de los elementos más pesados fuera de la fotosfera y hacia una región por debajo de la zona de convección de Epsilon Eridani . [93]
La luminosidad de rayos X de Epsilon Eridani es de aproximadamente2 × 10 28 erg ·s –1 (2 × 10 21 W ). Es más luminoso en rayos X que el Sol en su actividad máxima . La fuente de esta fuerte emisión de rayos X es la corona caliente de Epsilon Eridani. [94] [95] La corona de Epsilon Eridani parece más grande y más caliente que la del Sol, con una temperatura de3,4 × 10 6 K , medido a partir de la observación de la emisión de rayos X y ultravioleta de la corona. [96] Muestra una variación cíclica en la emisión de rayos X que es consistente con el ciclo de actividad magnética. [97]
El viento estelar emitido por Epsilon Eridani se expande hasta colisionar con el medio interestelar circundante de gas difuso y polvo, dando como resultado una burbuja de gas hidrógeno calentado (una astrosfera , el equivalente a la heliosfera que rodea al Sol). El espectro de absorción de este gas se ha medido con el telescopio espacial Hubble , lo que permite estimar las propiedades del viento estelar. [96] La corona caliente de Epsilon Eridani da como resultado una tasa de pérdida de masa en el viento estelar de Epsilon Eridani que es 30 veces mayor que la del Sol. Este viento estelar genera la astrosfera que se extiende aproximadamente 8000 ua (0,039 pc) y contiene un arco de choque que se encuentra a 1600 ua (0,0078 pc) de Epsilon Eridani. A su distancia estimada de la Tierra, esta astrosfera se extiende 42 minutos de arco, que es más ancha que el tamaño aparente de la Luna llena. [98]
Cinemática
Epsilon Eridani tiene un movimiento propio alto , moviéndose −0,976 segundos de arco por año en ascensión recta (el equivalente celestial de la longitud) y 0,018 segundos de arco por año en declinación (latitud celestial), para un total combinado de 0,962 segundos de arco por año. [1] [nota 5] La estrella tiene una velocidad radial de +15,5 km/s (35.000 mph) (lejos del Sol). [100] Los componentes de velocidad espacial de Epsilon Eridani en el sistema de coordenadas galácticas son (U, V, W) = (−3, +7, −20) km/s , lo que significa que viaja dentro de la Vía Láctea a una distancia galactocéntrica media de 28,7 kly (8,79 kiloparsecs) desde el núcleo a lo largo de una órbita que tiene una excentricidad de 0,09. [101] La posición y la velocidad de Epsilon Eridani indican que puede ser un miembro del Grupo Móvil de la Osa Mayor , cuyos miembros comparten un movimiento común a través del espacio. Este comportamiento sugiere que el grupo móvil se originó en un cúmulo abierto que desde entonces se ha difundido. [102] La edad estimada de este grupo es de 500 ± 100 millones de años, [103] que se encuentra dentro del rango de las estimaciones de edad para Epsilon Eridani.
Durante el último millón de años, se cree que tres estrellas se han acercado a 7 años luz (2,1 pc) de Epsilon Eridani. El encuentro más reciente y más cercano fue con la estrella de Kapteyn , que se acercó a una distancia de unos 3 años luz (0,92 pc) hace aproximadamente 12.500 años. Dos encuentros más distantes fueron con Sirio y Ross 614. Se cree que ninguno de estos encuentros fue lo suficientemente cercano como para afectar al disco circunestelar que orbita Epsilon Eridani. [104]
Epsilon Eridani se acercó al Sol por última vez hace unos 105.000 años, cuando estaban separados por 7 años luz (2,1 pc). [105] Según una simulación de encuentros cercanos con estrellas cercanas, el sistema binario estelar Luyten 726-8 , que incluye la estrella variable UV Ceti , se encontrará con Epsilon Eridani en aproximadamente 31.500 años a una distancia mínima de unos 0,9 años luz (0,29 parsecs). Estarán separados por menos de 1 año luz (0,3 parsecs) durante unos 4.600 años. Si Epsilon Eridani tiene una nube de Oort , Luyten 726-8 podría perturbar gravitacionalmente algunos de sus cometas con largos períodos orbitales . [106] [ ¿ Fuente poco fiable? ]
Sistema planetario
Disco de escombros
Imagen del sistema épsilon Eridani tomada por el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) a una longitud de onda de 1,3 mm. [24]
Un exceso de infrarrojos alrededor de Epsilon Eridani fue detectado por IRAS [62] indicando la presencia de polvo circunestelar. Observaciones con el Telescopio James Clerk Maxwell (JCMT) a una longitud de onda de 850 μm muestran un flujo extendido de radiación hasta un radio angular de 35 segundos de arco alrededor de Epsilon Eridani, resolviendo el disco de escombros por primera vez. Desde entonces se han tomado imágenes de mayor resolución con el Atacama Large Millimeter Array , mostrando que el cinturón está ubicado a 70 au de la estrella con un ancho de solo 11 au. [110] [24] El disco está inclinado 33,7° desde el frente, lo que le da un aspecto elíptico.
El polvo y posiblemente el hielo de agua de este cinturón migran hacia el interior debido al arrastre del viento estelar y a un proceso por el cual la radiación estelar hace que los granos de polvo se desplacen lentamente en espiral hacia Epsilon Eridani, conocido como el efecto Poynting-Robertson . [111] Al mismo tiempo, estas partículas de polvo pueden destruirse mediante colisiones mutuas. La escala de tiempo para que todo el polvo del disco sea eliminado por estos procesos es menor que la edad estimada de Epsilon Eridani. Por lo tanto, el disco de polvo actual debe haber sido creado por colisiones u otros efectos de cuerpos progenitores más grandes, y el disco representa una etapa tardía en el proceso de formación de planetas. Habrían sido necesarias colisiones entre cuerpos progenitores equivalentes a 11 masas terrestres para haber mantenido el disco en su estado actual a lo largo de su edad estimada. [107]
Comparación de los planetas y cinturones de escombros del Sistema Solar con el sistema Epsilon Eridani. En la parte superior se encuentra el cinturón de asteroides y los planetas interiores del Sistema Solar. En segundo lugar desde arriba se encuentra el cinturón de asteroides interior propuesto y el planeta b de Epsilon Eridani. Las ilustraciones inferiores muestran las características correspondientes para los sistemas exteriores de las dos estrellas.
El disco contiene una masa estimada de polvo igual a una sexta parte de la masa de la Luna, con granos de polvo individuales que superan los 3,5 μm de tamaño a una temperatura de unos 55 K. Este polvo se genera por la colisión de cometas, que tienen un diámetro de entre 10 y 30 km y una masa combinada de entre 5 y 9 veces la de la Tierra. Esto es similar a las 10 masas terrestres estimadas en el cinturón de Kuiper primigenio. [112] [113] El disco alrededor de Epsilon Eridani contiene menos de 2,2 × 10 17 kg de monóxido de carbono . Este bajo nivel sugiere una escasez de cometas portadores de volátiles y planetesimales helados en comparación con el cinturón de Kuiper. [114]
Las imágenes del JCMT muestran signos de una estructura grumosa en el cinturón que puede explicarse por la perturbación gravitacional de un planeta, llamado Epsilon Eridani c. Se cree que los grumos en el polvo se producen en órbitas que tienen una resonancia entera con la órbita del planeta sospechoso. Por ejemplo, la región del disco que completa dos órbitas por cada tres órbitas de un planeta está en una resonancia orbital de 3:2 . [115] Se predice que el planeta propuesto para causar estas perturbaciones tiene un semieje mayor de entre 40 y 50 ua. [116] [117] [24] Sin embargo, los grumos más brillantes se han identificado desde entonces como fuentes de fondo y la existencia de los grumos restantes sigue siendo objeto de debate. [118]
El polvo también está presente más cerca de la estrella. Las observaciones del telescopio espacial Spitzer de la NASA sugieren que Epsilon Eridani en realidad tiene dos cinturones de asteroides y una nube de polvo exozodiacal . Este último es un análogo del polvo zodiacal que ocupa el plano del Sistema Solar . Un cinturón se encuentra aproximadamente en la misma posición que el del Sistema Solar, orbitando a una distancia de 3,00 ± 0,75 ua de Epsilon Eridani, y consiste en granos de silicato con un diámetro de 3 μm y una masa combinada de aproximadamente 10 18 kg. Si el planeta Epsilon Eridani b existe, entonces es poco probable que este cinturón haya tenido una fuente fuera de la órbita del planeta, por lo que el polvo puede haber sido creado por fragmentación y cráteres de cuerpos más grandes como asteroides . [119] El segundo cinturón, más denso, muy probablemente también poblado por asteroides, se encuentra entre el primer cinturón y el disco cometario exterior. La estructura de los cinturones y el disco de polvo sugieren que se necesitan más de dos planetas en el sistema Epsilon Eridani para mantener esta configuración. [107] [120]
En un escenario alternativo, el polvo exozodiacal puede generarse en el cinturón exterior. Luego, este polvo se transporta hacia el interior más allá de la órbita de Epsilon Eridani b. Cuando se tienen en cuenta las colisiones entre los granos de polvo, el polvo reproducirá el espectro infrarrojo y el brillo observados. Fuera del radio de sublimación del hielo , ubicado más allá de las 10 UA de Epsilon Eridani, donde las temperaturas caen por debajo de los 100 K, el mejor ajuste a las observaciones ocurre cuando se supone una mezcla de hielo y polvo de silicato . Dentro de este radio, el polvo debe consistir en granos de silicato que carecen de volátiles . [111]
La región interior alrededor de Epsilon Eridani, desde un radio de 2,5 UA hacia el interior, parece estar libre de polvo hasta el límite de detección del telescopio MMT de 6,5 m . Los granos de polvo en esta región son eliminados eficientemente por el arrastre del viento estelar, mientras que la presencia de un sistema planetario también puede ayudar a mantener esta área libre de escombros. Aún así, esto no excluye la posibilidad de que pueda estar presente un cinturón de asteroides interior con una masa combinada no mayor que el cinturón de asteroides en el Sistema Solar. [121]
Planetas de período largo
Impresión artística que muestra dos cinturones de asteroides y un planeta orbitando Epsilon Eridani
Como una de las estrellas similares al Sol más cercanas, Epsilon Eridani ha sido el objetivo de muchos intentos de búsqueda de compañeros planetarios. [20] [18] Su actividad y variabilidad cromosférica significan que encontrar planetas con el método de velocidad radial es difícil, porque la actividad estelar puede crear señales que imitan la presencia de planetas. [122] Las búsquedas de exoplanetas alrededor de Epsilon Eridani con imágenes directas no han tenido éxito. [67] [123]
La observación infrarroja ha demostrado que no hay cuerpos con tres o más masas de Júpiter en este sistema, hasta una distancia de al menos 500 UA de la estrella anfitriona. [18] Spitzer debería poder detectar planetas con masas y temperaturas similares a las de Júpiter a distancias superiores a las 80 UA. Se ha detectado y caracterizado un planeta de período largo de aproximadamente el tamaño de Júpiter mediante métodos de velocidad radial y astrometría. [108] Se pueden descartar planetas con una masa superior al 150% de la de Júpiter en el borde interior del disco de escombros a 30-35 UA. [16]
Planeta b (AEgir)
Este planeta, conocido como Epsilon Eridani b , fue anunciado en el año 2000, pero su descubrimiento siguió siendo controvertido durante aproximadamente las dos décadas siguientes. Un estudio exhaustivo de 2008 calificó la detección de "probatoria" y describió al planeta propuesto como "sospechoso desde hace tiempo, pero aún sin confirmar". [107] Muchos astrónomos creyeron que la evidencia es lo suficientemente convincente como para considerar el descubrimiento como confirmado. [18] [111] [119] [123] El descubrimiento fue cuestionado en 2013 porque un programa de búsqueda en el Observatorio La Silla no confirmó su existencia. [124] Estudios posteriores desde 2018 han reafirmado gradualmente la existencia del planeta mediante una combinación de velocidad radial y astrometría. [125] [126] [127] [128] [108]
Representación artística de Epsilon Eridani b orbitando en una zona despejada de polvo. Alrededor del planeta se supone que hay anillos y lunas.
Las fuentes publicadas siguen sin ponerse de acuerdo sobre los parámetros básicos del planeta. Los valores recientes para su período orbital varían de 7,3 a 7,6 años, [108] las estimaciones del tamaño de su órbita elíptica (el semieje mayor) varían de 3,38 ua a 3,53 ua, [129] [130] y las aproximaciones de su excentricidad orbital varían de 0,055 a 0,26. [108]
Inicialmente, la masa del planeta era desconocida, pero se pudo estimar un límite inferior basándose en el desplazamiento orbital de Epsilon Eridani. Solo se conocía el componente del desplazamiento a lo largo de la línea de visión hacia la Tierra, lo que arroja un valor para la fórmula m sin i , donde m es la masa del planeta e i es la inclinación orbital . Las estimaciones para el valor de m sin i oscilaban entre 0,60 masas de Júpiter y 1,06 masas de Júpiter, [129] [130] lo que establece el límite inferior para la masa del planeta (porque la función seno tiene un valor máximo de 1). Tomando m sin i en el medio de ese rango en 0,78, y estimando la inclinación en 30° como lo sugirió la astrometría de Hubble , esto arroja un valor de 1,55 ± 0,24 masas de Júpiter para la masa del planeta. [8] Estudios astrométricos más recientes han encontrado masas menores, que van desde 0,63 a 0,78 masas de Júpiter. [108]
De todos los parámetros medidos para este planeta, el valor de la excentricidad orbital es el más incierto. La excentricidad de 0,7 sugerida por algunos estudios más antiguos [8] es incompatible con la presencia del cinturón de asteroides propuesto a una distancia de 3 ua. Si la excentricidad fuera tan alta, el planeta atravesaría el cinturón de asteroides y lo despejaría en unos diez mil años. Si el cinturón ha existido durante más tiempo que este período, lo que parece probable, impone un límite superior a la excentricidad de Epsilon Eridani b de aproximadamente 0,10-0,15. [119] [120] Si el disco de polvo se genera a partir del disco de escombros exterior, en lugar de a partir de colisiones en un cinturón de asteroides, entonces no se necesitan restricciones a la excentricidad orbital del planeta para explicar la distribución del polvo. [111]
Habitabilidad potencial
Epsilon Eridani es un objetivo para los programas de búsqueda de planetas porque tiene propiedades que permiten la formación de un planeta similar a la Tierra. Aunque este sistema no fue elegido como candidato principal para el ahora cancelado Terrestrial Planet Finder , fue una estrella objetivo para la propuesta Space Interferometry Mission de la NASA para buscar planetas del tamaño de la Tierra. [131] La proximidad, las propiedades similares al Sol y los planetas sospechosos de Epsilon Eridani también lo han convertido en objeto de múltiples estudios sobre si se puede enviar una sonda interestelar a Epsilon Eridani. [73] [74] [132]
El radio orbital en el que el flujo estelar de Epsilon Eridani coincide con la constante solar (donde la emisión coincide con la salida del Sol a la distancia orbital de la Tierra) es de 0,61 ua. [133] Esto está dentro de la zona habitable máxima de un supuesto planeta similar a la Tierra que orbita Epsilon Eridani, que actualmente se extiende desde aproximadamente 0,5 a 1,0 ua. A medida que Epsilon Eridani envejece durante un período de 20 mil millones de años, la luminosidad neta aumentará, lo que hará que esta zona se expanda lentamente hacia afuera hasta aproximadamente 0,6-1,4 ua. [134] La presencia de un planeta grande con una órbita altamente elíptica cerca de la zona habitable de Epsilon Eridani reduce la probabilidad de que un planeta terrestre tenga una órbita estable dentro de la zona habitable. [135]
Una estrella joven como Epsilon Eridani puede producir grandes cantidades de radiación ultravioleta que pueden ser dañinas para la vida, pero por otro lado es una estrella más fría que el Sol y por lo tanto produce menos radiación ultravioleta para empezar. [21] [136] El radio orbital donde el flujo UV coincide con el de la Tierra primitiva se encuentra justo por debajo de 0,5 ua. [21] Debido a que en realidad está un poco más cerca de la estrella que la zona habitable, esto ha llevado a algunos investigadores a concluir que no hay suficiente energía de la radiación ultravioleta que llega a la zona habitable para que la vida pueda comenzar alrededor de la joven Epsilon Eridani. [136]
^ Desde Epsilon Eridani, el Sol aparecería en el lado diametralmente opuesto del cielo en las coordenadas RA= 15 h 32 m 55.84496 s , Dec=+09° 27′ 29.7312″, que se encuentra cerca de Alpha Serpentis . La magnitud absoluta del Sol es 4.83, [a] por lo que, a una distancia de 3.212 parsecs, el Sol tendría una magnitud aparente: , [b] asumiendo una extinción despreciable (A V ) para una estrella cercana. Ref.:
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^ Esto se debe a que Bayer designó 21 estrellas en la parte norte de Eridanus precediéndolas a lo largo del 'río' de este a oeste, comenzando desde β ( Supra pedem Orionis in flumine, prima , que significa por encima del pie de Orión en el río, la primera ) hasta la vigésimo primera, σ ( Vigesima prima , que es la vigésimo primera ). Epsilon Eridani fue la decimoséptima en esta secuencia. Estas 21 estrellas son: β, λ, ψ, b, ω, μ, c, ν, ξ, ο (dos estrellas), d, A, γ, π, δ, ε, ζ, ρ, η, σ. [42]
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^ El período de rotación P β en la latitud β viene dado por:
P β = P eq /(1 − k sen β )
donde P eq es el período de rotación ecuatorial y k es el parámetro de rotación diferencial. Se estima que el valor de este parámetro está en el rango:
0,03 ≤ k ≤ 0,10 [15]
^ El movimiento propio total μ se puede calcular a partir de:
μ 2 = (μ α cos δ) 2 + μ δ 2
donde μ α es el movimiento propio en ascensión recta, μ δ es el movimiento propio en declinación y δ es la declinación. [99] Esto da como resultado:
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