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HD 209458 b

HD 209458 b es un exoplaneta que orbita el análogo solar HD 209458 en la constelación de Pegaso , a unos 157 años luz (48 pársecs ) del Sistema Solar . El radio de la órbita del planeta es 0,047  AU (7,0 millones  de km ; 4,4 millones  de millas ), o un octavo del radio de la órbita de  Mercurio (0,39 AU (36 millones de  millas ; 58 millones de  km )). Este pequeño radio da como resultado un año de 3,5 días terrestres y una temperatura superficial estimada de aproximadamente 1000  °C (1800  °F ; 1300  K ). Su masa es 220 veces la de la Tierra (0,69 masas de Júpiter ) y su volumen es unas 2,5 veces mayor que el de Júpiter. La gran masa y volumen de HD 209458 b indican que se trata de un gigante gaseoso .

HD 209458 b representa una serie de hitos en la investigación exoplanetaria. Fue la primera de muchas categorías:

Basado en la aplicación de modelos teóricos más nuevos , en abril de 2007, se cree que es el primer planeta extrasolar que tiene vapor de agua en su atmósfera. [7] [8] [9] [10]

En julio de 2014, la NASA anunció el hallazgo de atmósferas muy secas en HD 209458 b y otros dos exoplanetas ( HD 189733 b y WASP-12b ) que orbitan alrededor de estrellas similares al Sol. [11]

HD 209458 b ha sido apodado "Osiris" en honor al dios egipcio . [12] [13] Este apodo ha sido reconocido por la IAU , pero a partir de 2023 aún no ha sido aprobado como nombre propio oficial . [14]

Detección y descubrimiento

Tránsitos

Los estudios espectroscópicos revelaron por primera vez la presencia de un planeta alrededor de HD 209458 el 5 de noviembre de 1999. Los astrónomos habían realizado cuidadosas mediciones fotométricas de varias estrellas que se sabía que estaban orbitadas por planetas, con la esperanza de poder observar una caída en el brillo causada por el tránsito de el planeta a través de la cara de la estrella. Esto requeriría que la órbita del planeta estuviera inclinada de manera que pasara entre la Tierra y la estrella, y hasta ahora no se habían detectado tránsitos.

Poco después del descubrimiento, equipos separados, uno dirigido por David Charbonneau que incluía a Timothy Brown y otros, y el otro por Gregory W. Henry , pudieron detectar un tránsito del planeta a través de la superficie de la estrella, convirtiéndolo en el primer extrasolar en tránsito conocido. planeta. El 9 y 16 de septiembre de 1999, el equipo de Charbonneau midió una caída del 1,7% en el brillo de HD 209458, que se atribuyó al paso del planeta a través de la estrella. El 8 de noviembre, el equipo de Henry observó un tránsito parcial y solo vio el ingreso. [15] Inicialmente inseguro de sus resultados, el grupo de Henry decidió apresurar su publicación después de escuchar rumores de que Charbonneau había visto con éxito un tránsito completo en septiembre. Los artículos de ambos equipos se publicaron simultáneamente en el mismo número del Astrophysical Journal . Cada tránsito dura unas tres horas, durante las cuales el planeta cubre aproximadamente el 1,5% de la cara de la estrella.

La estrella había sido observada muchas veces por el satélite Hipparcos , lo que permitió a los astrónomos calcular con mucha precisión el período orbital de HD 209458 b en 3,524736 días. [dieciséis]

espectroscópico

El análisis espectroscópico había demostrado que el planeta tenía una masa aproximadamente 0,69 veces la de Júpiter . [17] La ​​aparición de tránsitos permitió a los astrónomos calcular el radio del planeta, lo que no había sido posible para ningún exoplaneta conocido anteriormente , y resultó tener un radio aproximadamente un 35% mayor que el de Júpiter. Anteriormente se había planteado la hipótesis de que los Júpiter calientes, particularmente cerca de su estrella madre, deberían exhibir este tipo de inflación debido al intenso calentamiento de su atmósfera exterior. El calentamiento de las mareas debido a la excentricidad de su órbita, que pudo haber sido más excéntrica en el momento de la formación, también puede haber desempeñado un papel en los últimos mil millones de años. [18]

Detección directa

El 22 de marzo de 2005, la NASA publicó la noticia de que el Telescopio Espacial Spitzer había medido la luz infrarroja del planeta , la primera detección directa de luz de un planeta extrasolar. Esto se hizo restando la luz constante de la estrella madre y notando la diferencia a medida que el planeta transitaba frente a la estrella y era eclipsado detrás de ella, proporcionando una medida de la luz del planeta mismo. Nuevas mediciones de esta observación determinaron que la temperatura del planeta era de al menos 750 °C (1020 K; 1380 °F). También se confirmó la órbita casi circular de HD 209458 b.

El tránsito de HD 209458 b.

Observación espectral

El 21 de febrero de 2007, la NASA y Nature publicaron la noticia de que HD 209458 b fue uno de los dos primeros planetas extrasolares en cuyos espectros se observó directamente, siendo el otro HD 189733 b . [19] [20] Este fue considerado durante mucho tiempo como el primer mecanismo mediante el cual se podían buscar formas de vida extrasolares pero no inteligentes, a través de su influencia en la atmósfera de un planeta. Un grupo de investigadores dirigido por Jeremy Richardson del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA midió espectralmente la atmósfera de HD 209458 b en el rango de 7,5 a 13,2 micrómetros . Los resultados desafiaron las expectativas teóricas en varios sentidos. Se había predicho que el espectro tendría un pico a 10 micrómetros, lo que habría indicado vapor de agua en la atmósfera, pero dicho pico estaba ausente, lo que indicaba que no se podía detectar vapor de agua. Otro pico imprevisto se observó a 9,65 micrómetros, que los investigadores atribuyeron a nubes de polvo de silicato , un fenómeno no observado anteriormente. Otro pico imprevisto se produjo a 7,78 micrómetros, para el que los investigadores no tenían explicación. Un equipo separado dirigido por Mark Swain del Jet Propulsion Laboratory volvió a analizar el experimento de Richardson et al. datos, y aún no habían publicado sus resultados cuando Richardson et al. El artículo salió, pero hizo hallazgos similares.

El 23 de junio de 2010, los astrónomos anunciaron que habían medido una supertormenta (con velocidades de viento de hasta 7.000  km/h (2.000  m/s ; 4.000  mph )) por primera vez en la atmósfera de HD 209458 b. [21] Las observaciones de muy alta precisión realizadas por el Very Large Telescope de ESO y su potente espectrógrafo CRIRES de gas monóxido de carbono muestran que éste fluye a enorme velocidad desde el lado diurno extremadamente caluroso hacia el lado nocturno más frío del planeta. Las observaciones también permiten otra emocionante "primicia": medir la velocidad orbital del propio exoplaneta, proporcionando una determinación directa de su masa. [6]

A partir de 2021, los espectros de la atmósfera planetaria tomados por diferentes instrumentos siguen siendo muy inconsistentes, lo que indica una atmósfera pobre en metales, temperaturas por debajo del equilibrio del cuerpo negro [22] o una química de la atmósfera en desequilibrio. [23]

Rotación

En agosto de 2008, la medición del efecto Rossiter-McLaughlin de HD 209458 b y, por tanto, del ángulo de giro-órbita es de −4,4 ± 1,4 °. [24] [25]

El estudio de 2012 actualizó el ángulo de la órbita de giro a −5 ± 7 °. [26]

Características físicas

Una impresión artística de HD 209458 b

Estratosfera y nubes superiores.

La atmósfera se encuentra a una presión de un bar a una altitud de 1,29 radios de Júpiter sobre el centro del planeta. [27]

Cuando la presión es de 33 ± 5 milibares, la atmósfera es clara (probablemente hidrógeno) y su efecto Rayleigh es detectable. A esa presión, la temperatura es de 2200 ± 260 K (1900 ± 260 °C; 3500 ± 470 °F). [27]

Las observaciones realizadas por el telescopio en órbita de Microvariabilidad y Oscilaciones de Estrellas inicialmente limitaron el albedo (o reflectividad) del planeta por debajo de 0,3, lo que lo convierte en un objeto sorprendentemente oscuro. (Desde entonces se ha medido que el albedo geométrico es 0,038 ± 0,045. [28] ) En comparación, Júpiter tiene un albedo mucho más alto, 0,52. Esto sugeriría que la cubierta de nubes superior de HD 209458 b está hecha de un material menos reflectante que el de Júpiter, o bien no tiene nubes y Rayleigh dispersa la radiación entrante como el océano oscuro de la Tierra. [29] Los modelos realizados desde entonces han demostrado que entre la parte superior de su atmósfera y el gas caliente a alta presión que rodea el manto, existe una estratosfera de gas más frío. [30] [31] Esto implica una capa exterior de nubes oscuras, opacas y calientes; Generalmente se piensa que consiste en óxidos de vanadio y titanio , pero aún no se pueden descartar otros compuestos como las tolinas . [30] Un estudio de 2016 indica que la cobertura de nubes a gran altitud es irregular, con aproximadamente un 57 por ciento de cobertura. [32] El hidrógeno calentado que se dispersa por Rayleigh se encuentra en la cima de la estratosfera ; la parte absorbente de la plataforma de nubes flota sobre ella a 25 milibares. [33]

Exosfera

El 27 de noviembre de 2001, [34] astrónomos anunciaron que habían detectado sodio en la atmósfera del planeta, utilizando observaciones con el Telescopio Espacial Hubble. [35] Esta fue la primera atmósfera planetaria fuera del Sistema Solar que se midió. [36] El núcleo de la línea de sodio funciona desde presiones de 50 milibares a un microbar. [37] Esto resulta ser aproximadamente un tercio de la cantidad de sodio en HD 189733 b . [38]

Los datos adicionales no confirmaron la presencia de sodio en la atmósfera de HD 209458 b [39] como en 2020.

En 2003-2004, los astrónomos utilizaron el espectrógrafo de imágenes del Telescopio Espacial Hubble para descubrir una enorme envoltura elipsoidal de hidrógeno , carbono y oxígeno alrededor del planeta que alcanza los 10.000 K (10.000 °C; 20.000 °F). La exosfera de hidrógeno se extiende a una distancia R H =3,1 R J , mucho mayor que el radio planetario de 1,32 R J. [40] A esta temperatura y distancia, la distribución de Maxwell-Boltzmann de velocidades de partículas da lugar a una "cola" significativa de átomos que se mueven a velocidades mayores que la velocidad de escape . Se estima que el planeta está perdiendo entre 100 y 500 millones  de kg (entre 0,2 y 1000  millones  de libras ) de hidrógeno por segundo. El análisis de la luz de las estrellas que pasa a través de la envoltura muestra que los átomos más pesados ​​de carbono y oxígeno están siendo expulsados ​​del planeta por la extrema " resistencia hidrodinámica " creada por la evaporación de su atmósfera de hidrógeno. La cola de hidrógeno que fluye desde el planeta tiene aproximadamente 200.000 km (100.000 millas) de largo, lo que equivale aproximadamente a su diámetro.

Se cree que este tipo de pérdida de atmósfera puede ser común a todos los planetas que orbitan estrellas similares al Sol a menos de 0,1 AU (10 millones de kilómetros; 9 millones de millas). HD 209458 b no se evaporará por completo, aunque puede haber perdido hasta aproximadamente el 7% de su masa durante su vida útil estimada de 5 mil millones de años. [41] Es posible que el campo magnético del planeta evite esta pérdida, porque la exosfera sería ionizada por la estrella y el campo magnético contendría los iones de la pérdida. [42]

Composición de la atmósfera

El 10 de abril de 2007, Travis Barman del Observatorio Lowell anunció evidencia de que la atmósfera de HD 209458 b contenía vapor de agua . Utilizando una combinación de mediciones del Telescopio Espacial Hubble publicadas anteriormente y nuevos modelos teóricos , Barman encontró pruebas sólidas de la absorción de agua en la atmósfera del planeta. [7] [43] [44] Su método modeló la luz que pasa directamente a través de la atmósfera desde la estrella del planeta cuando el planeta pasa frente a ella. Sin embargo, esta hipótesis aún se está investigando para confirmarla.

Barman se basó en datos y mediciones tomadas por Heather Knutson, estudiante de la Universidad de Harvard , desde el Telescopio Espacial Hubble , y aplicó nuevos modelos teóricos para demostrar la probabilidad de absorción de agua en la atmósfera del planeta. El planeta orbita su estrella madre cada tres días y medio, y cada vez que pasa frente a su estrella madre, el contenido atmosférico se puede analizar examinando cómo la atmósfera absorbe la luz que pasa de la estrella directamente a través de la atmósfera en dirección a Tierra.

Según un resumen de la investigación, la absorción de agua atmosférica en un exoplaneta de este tipo hace que su apariencia sea más grande en una parte del espectro infrarrojo , en comparación con las longitudes de onda en el espectro visible . Barman tomó los datos del Hubble de Knutson sobre HD 209458 b, los aplicó a su modelo teórico y supuestamente identificó la absorción de agua en la atmósfera del planeta.

El 24 de abril, el astrónomo David Charbonneau , que dirigió el equipo que realizó las observaciones del Hubble, advirtió que el propio telescopio podría haber introducido variaciones que provocaron que el modelo teórico sugiriera la presencia de agua. Espera que nuevas observaciones aclaren la cuestión en los próximos meses. [45] En abril de 2007, se estaban llevando a cabo más investigaciones.

El 20 de octubre de 2009, investigadores del JPL anunciaron el descubrimiento de vapor de agua , dióxido de carbono y metano en la atmósfera. [46] [47]

Los espectros refinados obtenidos en 2021 han detectado, en cambio, vapor de agua , monóxido de carbono , cianuro de hidrógeno , metano , amoníaco [48] y acetileno , todos consistentes con la relación molar carbono-oxígeno extremadamente alta de 1,0 (mientras que el Sol tiene una relación molar C/O de 1,0). 0,55). De ser cierto, el HD 209458 b puede ser un excelente ejemplo del planeta del carbono . [49]

Campo magnético

En 2014, se dedujo la existencia de un campo magnético alrededor de HD 209458 b a partir de la forma en que se evaporaba el hidrógeno del planeta. Es la primera detección (indirecta) de un campo magnético en un exoplaneta. Se estima que el campo magnético es aproximadamente una décima parte de la fuerza de Júpiter. [50] [51]

Comparación de exoplanetas " Júpiter calientes " (concepto artístico).

De arriba a la izquierda a abajo a la derecha: WASP-12b , WASP-6b , WASP-31b , WASP-39b , HD 189733b , HAT-P-12b , WASP-17b , WASP-19b , HAT-P-1b y HD 209458b .

Ver también

Referencias

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