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HD 209458b

HD 209458 b es un exoplaneta que orbita alrededor de su análogo solar HD 209458 en la constelación de Pegaso , a unos 157 años luz (48 parsecs ) del Sistema Solar . El radio de la órbita del planeta es de 0,047  UA (7,0 millones  de km ; 4,4 millones  de mi ), o un octavo del radio de la órbita de  Mercurio (0,39 UA (36 millones  de mi ; 58 millones  de km )). Este pequeño radio da como resultado un año de 3,5 días terrestres y una temperatura superficial estimada de unos 1.000  °C (1.800  °F ; 1.300  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 el volumen de HD 209458 b indican que es un gigante gaseoso .

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

Basándose en la aplicación de nuevos modelos teóricos , a partir de abril de 2007 se cree que es el primer planeta extrasolar que contiene 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 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 UAI , 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 del planeta frente a la cara de la estrella. Esto requeriría que la órbita del planeta estuviera inclinada de tal 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 planeta extrasolar en tránsito conocido. El 9 y el 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, viendo solo 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 de Astrophysical Journal . Cada tránsito dura aproximadamente 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 el período orbital de HD 209458 b con mucha precisión: 3,524736 días. [16]

Espectroscopia

El análisis espectroscópico había demostrado que el planeta tenía una masa de aproximadamente 0,69 veces la de Júpiter . [17] La ​​ocurrencia 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 un 35% mayor que el de Júpiter. Anteriormente se había planteado la hipótesis de que los Júpiter calientes particularmente cercanos a su estrella madre deberían exhibir este tipo de inflación debido al intenso calentamiento de su atmósfera exterior. El calentamiento de marea debido a la excentricidad de su órbita, que puede haber sido más excéntrica en la formación, también puede haber jugado un papel durante 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 , lo que supuso la primera detección directa de luz procedente de un planeta extrasolar. Esto se hizo restando la luz constante de la estrella madre y anotando la diferencia a medida que el planeta transitaba frente a la estrella y se eclipsaba detrás de ella, lo que proporcionó una medida de la luz procedente del propio planeta. Las 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 era uno de los dos primeros planetas extrasolares cuyos espectros se habían observado directamente, siendo el otro HD 189733 b . [19] [20] Durante mucho tiempo se consideró que este era el primer mecanismo por el cual se podían buscar formas de vida extrasolares pero no inteligentes, a través de la 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 de varias maneras. 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 no estaba presente, lo que indica que no se podía detectar vapor de agua. Otro pico inesperado se observó a 9,65 micrómetros, que los investigadores atribuyeron a nubes de polvo de silicato , un fenómeno que no se había observado anteriormente. Otro pico inesperado se produjo a 7,78 micrómetros, para el que los investigadores no tenían una explicación. Un equipo independiente dirigido por Mark Swain, del Laboratorio de Propulsión a Chorro, volvió a analizar los datos de Richardson et al. y aún no había publicado sus resultados cuando salió el artículo de Richardson et al. , pero llegó a conclusiones similares.

El 23 de junio de 2010, los astrónomos anunciaron que habían medido una supertormenta (con vientos 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 altísima precisión realizadas por el Very Large Telescope de ESO y su potente espectrógrafo CRIRES de monóxido de carbono muestran que fluye a una velocidad enorme desde el lado diurno extremadamente caluroso hacia el lado nocturno más frío del planeta. Las observaciones también permiten otro "primero" emocionante: 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 altamente inconsistentes, lo que indica una atmósfera pobre en metales, temperaturas por debajo del equilibrio del cuerpo negro [22] o una química atmosférica en desequilibrio. [23]

Rotación

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

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

Características físicas

Una impresión artística de HD 209458 b

Estratosfera y nubes superiores

La atmósfera está 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 con el telescopio orbital Microvariability and Oscillations of STars limitaron inicialmente el albedo (o reflectividad) del planeta por debajo de 0,3, lo que lo convirtió en un objeto sorprendentemente oscuro. (Desde entonces, se ha medido que el albedo geométrico es de 0,038 ± 0,045. [28] ) En comparación, Júpiter tiene un albedo mucho más alto de 0,52. Esto sugeriría que la capa de nubes superior de HD 209458 b está hecha de material menos reflectante que la de Júpiter, o bien no tiene nubes y dispersa la radiación entrante mediante el método de Rayleigh como el océano oscuro de la Tierra. [29] Los modelos posteriores han demostrado que entre la parte superior de su atmósfera y el gas caliente y de 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 está compuesto de óxidos de vanadio y titanio, pero aún no se pueden descartar otros compuestos como las tolinas . [30] Un estudio de 2016 indica que la cubierta de nubes a gran altitud es irregular, con una cobertura de alrededor del 57 por ciento. [32] El hidrógeno calentado por dispersión de Rayleigh descansa en la parte superior de la estratosfera ; la porción absorbente de la capa de nubes flota sobre él a 25 milibares. [33]

Exosfera

El 27 de noviembre de 2001, [34] los 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 en ser medida. [36] El núcleo de la línea de sodio se extiende desde presiones de 50 milibares hasta 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 2003-4, 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 hasta 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 alrededor de 100 a 500 millones  de kg (0,2 a 1  mil millones  de lb ) de hidrógeno por segundo. El análisis de la luz de las estrellas que pasa a través de la envoltura muestra que los átomos de carbono y oxígeno más pesados ​​están siendo expulsados ​​​​del planeta por el " arrastre hidrodinámico " extremo creado por su atmósfera de hidrógeno en evaporación. La cola de hidrógeno que emana del planeta tiene aproximadamente 200.000 kilómetros (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 alrededor de estrellas similares al Sol a menos de 0,1 UA (10 millones de km; 9 millones de mi). HD 209458 b no se evaporará por completo, aunque puede haber perdido hasta aproximadamente el 7% de su masa a lo largo de su vida estimada de 5 mil millones de años. [41] Es posible que el campo magnético del planeta pueda evitar esta pérdida, porque la exosfera se ionizaría por la estrella y el campo magnético contendría los iones perdidos. [42]

Composición de la atmósfera

El 10 de abril de 2007, Travis Barman , del Observatorio Lowell, anunció pruebas 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 , del 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 puede analizarse examinando cómo la atmósfera absorbe la luz que pasa desde la estrella directamente a través de la atmósfera en dirección a la Tierra.

Según un resumen de la investigación, la absorción de agua atmosférica en un exoplaneta de este tipo hace que parezca más grande en una parte del espectro infrarrojo , en comparación con las longitudes de onda del 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 hicieron que el modelo teórico sugiriera la presencia de agua. Esperaba que nuevas observaciones aclararan el asunto en los próximos meses. [45] A partir de abril de 2007, se están realizando más investigaciones.

El 20 de octubre de 2009, los 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 ellos coherentes con la extremadamente alta relación molar de carbono a oxígeno de 1,0 (mientras que el Sol tiene una relación molar C/O de 0,55). De ser así, HD 209458 b puede ser un excelente ejemplo de planeta de 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 el hidrógeno se evaporaba 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 intensidad del de Júpiter. [50] [51]

Búsqueda de emisiones de radio

Dado que HD 209458 b orbita a menos de 0,1 UA de su estrella anfitriona, los teóricos plantearon la hipótesis de que podría causar destellos estelares sincronizados con el período orbital del exoplaneta. Una búsqueda realizada en 2011 de estas interacciones magnéticas entre estrellas y planetas que darían lugar a emisiones de radio coronales no detectó ninguna señal. De manera similar, tampoco se detectaron emisiones de radio magnetosféricas del planeta. [52]

Comparación de exoplanetas de " Júpiter caliente " (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 .

Véase también

Referencias

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Enlaces externos

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