Exoplaneta caliente Júpiter en la constelación de Vulpecula
HD 189733 b es un exoplaneta en la constelación de Vulpecula a aproximadamente 64,5 años luz (19,8 parsecs ) de distancia [7] del Sistema Solar . Astrónomos en Francia descubrieron el planeta orbitando la estrella HD 189733 el 5 de octubre de 2005, al observar su tránsito a través de la cara de la estrella. [1] Con una masa 11,2% mayor que la de Júpiter y un radio 11,4% mayor, HD 189733 b orbita su estrella anfitriona una vez cada 2,2 días a una velocidad orbital de 152,0 kilómetros por segundo (152.000 metros por segundo; 340.000 millas por hora), lo que lo convierte en un Júpiter caliente con pocas perspectivas de vida extraterrestre . [2]
HD 189733 b, el Júpiter caliente en tránsito más cercano a la Tierra, ha sido objeto de una estrecha observación atmosférica. Los científicos lo han estudiado con instrumentos de alta y baja resolución, tanto desde la Tierra como desde el espacio. [8] Los investigadores han descubierto que el clima del planeta incluye la lluvia de vidrio fundido. HD 189733 b también fue el primer exoplaneta en el que se construyó su mapa térmico , [9] [10] posiblemente se detectó mediante polarimetría , [11] se determinó su color general (azul profundo), [11] [3] se vio su tránsito en el espectro de rayos X y se confirmó la presencia de dióxido de carbono en su atmósfera.
En julio de 2014, la NASA anunció el descubrimiento de atmósferas muy secas en tres exoplanetas que orbitaban estrellas similares al Sol: HD 189733 b, HD 209458 b y WASP-12b . [12]
Detección y descubrimiento
Espectroscopia de tránsito y Doppler
El 6 de octubre de 2005, un equipo de astrónomos anunció el descubrimiento del planeta en tránsito HD 189733 b. El planeta fue detectado luego usando espectroscopia Doppler . Las mediciones de velocidad radial en tiempo real detectaron el efecto Rossiter-McLaughlin causado por el planeta pasando frente a su estrella antes de que las mediciones fotométricas confirmaran que el planeta estaba en tránsito. [1] En 2006, un equipo dirigido por Drake Deming anunció la detección de una fuerte emisión térmica infrarroja del planeta exoplaneta en tránsito HD 189733 b, midiendo la disminución del flujo (disminución de la luz total) durante su prominente eclipse secundario (cuando el planeta pasa detrás de la estrella).
Se estima que la masa del planeta es un 16% mayor que la de Júpiter , y completa una órbita alrededor de su estrella anfitriona cada 2,2 días y una velocidad orbital de 152,5 kilómetros por segundo (341.000 mph).
Espectro infrarrojo
El 21 de febrero de 2007, la NASA publicó la noticia de que el telescopio espacial Spitzer había medido espectros detallados tanto de HD 189733 b como de HD 209458 b . [13] La publicación se produjo simultáneamente con la publicación de un nuevo número de Nature que contenía la primera publicación sobre la observación espectroscópica del otro exoplaneta, HD 209458 b. Se presentó y publicó un artículo en Astrophysical Journal Letters . Las observaciones espectroscópicas de HD 189733 b fueron dirigidas por Carl Grillmair del Centro de Ciencias Spitzer de la NASA .
Color visible
En 2008, un equipo de astrofísicos pareció haber detectado y monitoreado la luz visible del planeta usando polarimetría , lo que habría sido el primer éxito de este tipo. [14] Este resultado pareció ser confirmado y refinado por el mismo equipo en 2011. [11] Encontraron que el albedo del planeta es significativamente mayor en luz azul que en la roja, probablemente debido a la dispersión de Rayleigh y la absorción molecular en el rojo. [11] El color azul del planeta se confirmó posteriormente en 2013, [3] [15] lo que habría convertido a HD 189733 en el primer planeta en tener su color general determinado por dos técnicas diferentes. Las mediciones en luz polarizada desde entonces han sido disputadas por dos equipos separados que usan polarímetros más sensibles, [16] [17] [18] con límites superiores de la señal polarimétrica proporcionada en ellos.
El rico color azul cobalto [19] [20] de HD 189733 b puede ser el resultado de la dispersión de Rayleigh . A mediados de enero de 2008, la observación espectral durante el tránsito del planeta utilizando ese modelo encontró que si existe hidrógeno molecular , tendría una presión atmosférica de 410 ± 30 mbar de 0,1564 radios solares. El modelo de aproximación de Mie también encontró que hay un posible condensado en su atmósfera, silicato de magnesio (MgSiO 3 ) con un tamaño de partícula de aproximadamente 10 −2 a 10 −1 μm. Usando ambos modelos, la temperatura del planeta estaría entre 1340 y 1540 K. [21] El efecto Rayleigh se confirma en otros modelos, [22] y por la aparente falta de una estratosfera más fría y sombreada debajo de su atmósfera exterior. En la región visible del espectro, gracias a sus elevadas secciones eficaces de absorción, se pueden investigar los átomos de sodio y potasio. Por ejemplo, utilizando el espectrógrafo UVES de alta resolución del Very Large Telescope , se ha detectado sodio en esta atmósfera y se han investigado otras características físicas de la atmósfera, como la temperatura. [8]
Espectro de rayos X
En julio de 2013, la NASA informó de las primeras observaciones de tránsitos planetarios estudiados en el espectro de rayos X. Se descubrió que la atmósfera del planeta bloquea tres veces más rayos X que la luz visible. [23]
Evaporación
En marzo de 2010, las observaciones de tránsito realizadas con el telescopio HI Lyman-alpha revelaron que este planeta se está evaporando a un ritmo de entre 1 y 100 gigagramos por segundo. Esta indicación se obtuvo al detectar la exosfera extendida de hidrógeno atómico. HD 189733 b es el segundo planeta, después de HD 209458 b , en el que se ha detectado evaporación atmosférica. [24]
Características físicas
Este planeta exhibe una de las mayores profundidades de tránsito fotométrico (cantidad de luz bloqueada por la estrella madre) de los planetas extrasolares observados hasta ahora, aproximadamente un 3%. La longitud aparente del nodo ascendente de su órbita es de 16 grados +/- 8 de distancia del norte-sur en nuestro cielo. Este planeta y HD 209458 b fueron los primeros dos planetas en ser observados espectroscópicamente de manera directa. [13] Las estrellas madre de estos dos planetas son las estrellas anfitrionas de planetas en tránsito más brillantes, por lo que estos planetas seguirán recibiendo la mayor atención de los astrónomos. Como la mayoría de los Júpiter calientes, se cree que este planeta está bloqueado por mareas con su estrella madre, lo que significa que tiene un día y una noche permanentes.
El planeta no es achatado y no tiene satélites con un radio mayor que 0,8 veces el de la Tierra ni un sistema de anillos como el de Saturno. [25]
El equipo internacional dirigido por Svetlana Berdyugina, de la Universidad Tecnológica de Zúrich, ha podido observar directamente la luz polarizada reflejada por el planeta mediante el telescopio sueco KVA de 60 centímetros, situado en España. La polarización indica que la atmósfera dispersante es considerablemente mayor (> 30%) que el cuerpo opaco del planeta observado durante los tránsitos. [26]
Al principio se predijo que la atmósfera sería de "clase pL", carente de una estratosfera de inversión de temperatura ; como las enanas L que carecen de óxidos de titanio y vanadio. [27] Las mediciones de seguimiento, probadas contra un modelo estratosférico, arrojaron resultados no concluyentes. [28] Los condensados atmosféricos forman una neblina a 1.000 kilómetros (620 millas) sobre la superficie tal como se ve en el infrarrojo. Una puesta de sol vista desde esa superficie sería roja. [29] Tinetti 2007 predijo señales de sodio y potasio. Primero oscurecido por la neblina de condensados, el sodio finalmente se observó en tres veces la concentración de la capa de sodio de HD 209458 b . [30] El potasio también se detectó en 2020, aunque en concentraciones significativamente menores. [31] HD 189733 es también el primer planeta extrasolar que se confirma que tiene dióxido de carbono en su atmósfera. [32] En 2024, se detectó sulfuro de hidrógeno en la atmósfera de HD 189733 b. [33]
Mapa del planeta
En 2007, el telescopio espacial Spitzer se utilizó para cartografiar las emisiones de temperatura del planeta. El sistema planetario y estelar se observó durante 33 horas consecutivas, comenzando cuando solo se podía ver el lado nocturno del planeta. A lo largo de la mitad de la órbita del planeta, se pudo ver cada vez más el lado diurno. Se descubrió un rango de temperatura de 973 ± 33 K a 1212 ± 11 K, lo que indica que la energía absorbida de la estrella madre se distribuye de manera bastante uniforme a través de la atmósfera del planeta. La región de temperatura máxima se desplazó 30 grados al este del punto subestelar, como predijeron los modelos teóricos de Júpiter calientes que tienen en cuenta un mecanismo de redistribución parametrizado del día a la noche. [9]
Los científicos de la Universidad de Warwick determinaron que HD 189733 b tiene vientos de hasta 8.700 km/h (5.400 mph) que soplan desde el lado diurno al lado nocturno. [34] La NASA publicó un mapa de brillo de la temperatura de la superficie de HD 189733 b; es el primer mapa publicado jamás de un planeta extrasolar. [35]
Vapor de agua, oxígeno y compuestos orgánicos.
El 11 de julio de 2007, un equipo dirigido por Giovanna Tinetti publicó los resultados de sus observaciones utilizando el telescopio espacial Spitzer concluyendo que hay evidencia sólida de cantidades significativas de vapor de agua en la atmósfera del planeta. [36] Las observaciones de seguimiento realizadas con el telescopio espacial Hubble confirman la presencia de vapor de agua, oxígeno neutro y también el compuesto orgánico metano . [22] [37] [38] Más tarde, las observaciones del Very Large Telescope también detectaron la presencia de monóxido de carbono en el lado diurno del planeta. [39] Actualmente se desconoce cómo se originó el metano, ya que la alta temperatura del planeta de 700 °C debería hacer que el agua y el metano reaccionen, reemplazando la atmósfera con monóxido de carbono. [37] [40] No obstante, la presencia de aproximadamente el 0,004% de la fracción de vapor de agua por volumen en la atmósfera de HD 189733 b se confirmó con espectros de emisión de alta resolución tomados en 2021. [41]
Evolución
Durante el tránsito, el sistema también exhibe claramente el efecto Rossiter-McLaughlin , un desplazamiento de las líneas espectrales de la fotoesfera causado por el ocultamiento de una parte de la superficie estelar en rotación por parte del planeta. Debido a su gran masa y a su órbita cercana, la estrella madre tiene una semiamplitud (K) muy grande , el "bamboleo" en la velocidad radial de la estrella , de 205 m/s. [43]
El efecto Rossiter–McLaughlin permite medir el ángulo entre el plano orbital del planeta y el plano ecuatorial de la estrella. Estos están bien alineados, [44] desalineación igual a -0,5 ± 0,4°. [45] Por analogía con HD 149026 b , la formación del planeta fue pacífica y probablemente involucró interacciones con el disco protoplanetario . Un ángulo mucho mayor habría sugerido una interacción violenta con otros protoplanetas.
La controversia sobre la interacción entre estrellas y planetas
En 2008, un equipo de astrónomos describió por primera vez cómo, a medida que el exoplaneta que orbita HD 189733 A alcanza un cierto lugar en su órbita, provoca un aumento de las llamaradas estelares . En 2010, un equipo diferente descubrió que cada vez que observaban el exoplaneta en una determinada posición de su órbita, también detectaban llamaradas de rayos X. La investigación teórica desde el año 2000 sugirió que un exoplaneta muy cercano a la estrella que orbita puede causar un aumento de las llamaradas debido a la interacción de sus campos magnéticos o debido a las fuerzas de marea . En 2019, los astrónomos analizaron datos del Observatorio de Arecibo , MOST y el Telescopio Fotoeléctrico Automatizado, además de observaciones históricas de la estrella en longitudes de onda de radio, ópticas, ultravioleta y rayos X para examinar estas afirmaciones. Descubrieron que las afirmaciones anteriores eran exageradas y que la estrella anfitriona no mostraba muchos de los brillos y las características espectrales asociadas con las llamaradas estelares y las regiones solares activas , incluidas las manchas solares. Su análisis estadístico también descubrió que se ven muchas llamaradas estelares independientemente de la posición del exoplaneta, por lo que desacredita las afirmaciones anteriores. Los campos magnéticos de la estrella anfitriona y el exoplaneta no interactúan, y ya no se cree que este sistema tenga una "interacción estrella-planeta". [46] Algunos investigadores también habían sugerido que HD 189733 acrecienta, o extrae, gas de su exoplaneta en órbita a una velocidad similar a las que se encuentran alrededor de protoestrellas jóvenes en los sistemas estelares T Tauri . Un análisis posterior demostró que se acrecentó muy poco gas, si es que se acrecentó alguno, del compañero "Júpiter caliente". [47]
Posibles exolunas
Algunos estudios han propuesto exolunas candidatas alrededor de HD 189733 b. Un estudio de 2014 propuso una luna basándose en el estudio de aumentos y disminuciones periódicas en la luz emitida por HD 189733 b. Esta luna estaría fuera de la esfera de Hill del planeta , lo que hace que su existencia sea inverosímil. [48] Dos estudios del mismo equipo en 2019 y 2020 propusieron candidatos a exolunas alrededor de varios Júpiter calientes, incluidos HD 189733 b y WASP-49b , basándose en el sodio [49] y potasio detectados , [50] consistentes con exolunas en evaporación y/o su toro de gas correspondiente . [51] [52] Un estudio de seguimiento en 2022 no encontró evidencia de una exoluna alrededor de HD 189733 b. [53]
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Enlaces externos
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