El Hubble observa directamente un planeta en órbita alrededor de Fomalhaut.

Primera imagen de un planeta que gira alrededor de otra estrella.
Imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA de Fomalhaut y Fomalhaut b.

• Publicado en HubbleSite.org el 13 de noviembre del 2.008, enlace publicación.

El Telescopio Espacial Hubble de la NASA ha tomado la primera instantánea de luz visible de un planeta que gira alrededor de otra estrella.

Estimado en no más de tres veces la masa de Júpiter, el planeta, llamado Fomalhaut b, orbita alrededor de la brillante estrella austral Fomalhaut, ubicada a 25 años luz de distancia en la constelación Piscis Australis (el pez del sur).

Fomalhaut ha sido un candidato para la caza de planetas desde que se descubrió un exceso de polvo alrededor de la estrella a principios de la década de 1980 por el satélite de astronomía infrarroja de la NASA (IRAS).

En 2004, el coronógrafo principal de la Cámara de alta resolución en la Cámara Avanzada para Encuestas (ACS) del Hubble produjo la primera imagen resuelta de luz visible de un gran cinturón de polvo que rodea a Fomalhaut. Claramente mostró que esta estructura es de hecho un anillo de escombros protoplanetarios de aproximadamente 21.500 millones de millas (34.600 millones de kilómetro) de ancho con un borde interior afilado.

Este gran disco de escombros es similar al Cinturón de Kuiper, que rodea el sistema solar y contiene una gama de cuerpos helados, desde granos de polvo hasta objetos del tamaño de planetas enanos, como Plutón.

El astrónomo del Hubble Paul Kalas, de la Universidad de California en Berkeley, y miembros del equipo propusieron en 2005 que el anillo estaba siendo modificado gravitacionalmente por un planeta que se encuentra entre la estrella y el borde interior del anillo.

Ilustración anotada del sistema Fomalhaut.
Pruebas circunstanciales provinieron de la confirmación del Hubble de que el anillo está desplazado del centro de la estrella. El borde interior afilado del anillo también es consistente con la presencia de un planeta que gravitacionalmente "pastorea" las partículas del anillo. Investigadores independientes han llegado posteriormente a conclusiones similares.

Ahora, Hubble ha fotografiado una fuente de luz puntual que se encuentra a 1.800 millones de millas (2.900 millones de kilómetros) dentro del borde interior del anillo. Los resultados se publican en la edición del 13 de noviembre de la revista Science.

"Nuestras observaciones del Hubble fueron increíblemente exigentes. Fomalhaut b es mil millones de veces más débil que la estrella. Comenzamos este programa en 2001, y nuestra persistencia finalmente dio sus frutos", dice Kalas.

"Fomalhaut es el regalo que sigue dando. Tras el descubrimiento inesperado de su anillo de polvo, ahora hemos encontrado un exoplaneta en una ubicación sugerida por el análisis de la forma del anillo de polvo. La lección para los cazadores de exoplanetas es 'sigue el polvo'" dice el miembro del equipo Mark Clampin del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.

Las observaciones tomadas con 21 meses de diferencia por parte de la Cámara Avanzada para Encuestas del Hubble muestran que el objeto se está moviendo a lo largo de un camino alrededor de la estrella y, por lo tanto, está vinculado gravitacionalmente a él. El planeta está a 10.700 millones de millas de la estrella (17.220 millones de kilómetros), o aproximadamente 10 veces la distancia del planeta Saturno al sol.

El límite de masa superior del planeta está limitado por la aparición del anillo Fomalhaut. Si el planeta fuera mucho más masivo, distorsionaría el anillo y el efecto sería observable en la estructura del anillo.

Comparación de Sistema Fomalhaut y Sistema Solar.
"Al equipo científico le llevó cuatro meses de análisis y modelos teóricos determinar que Fomalhaut b no podría ser más masivo que tres veces la masa de Júpiter. Cualquier planeta más masivo que eso con su gravedad destruiría el inmenso cinturón de polvo que rodea la estrella". Kalas dice.

Numerosas simulaciones por computadora muestran que los discos circunstanciales serán modificados gravitacionalmente por el tirón de uno o más planetas invisibles. El anillo Fomalhaut tiene un borde interior afilado que probablemente está formado por la influencia gravitatoria de un planeta. El borde interior del Cinturón de Kuiper de nuestro sistema solar está conformado de manera similar por la influencia gravitatoria de Neptuno.

El planeta es más brillante de lo esperado para un objeto de tres masas de Júpiter. Una posibilidad es que tiene un enorme anillo de hielo y polvo similar a Saturno que refleja la luz de las estrellas. El anillo podría eventualmente unirse para formar lunas. El tamaño estimado del anillo es comparable a la región alrededor de Júpiter que está llena con las órbitas de los cuatro satélites más grandes.

Debido a que el sistema Fomalhaut tiene solo 200 millones de años, el planeta debería ser un objeto infrarrojo brillante. Eso es porque todavía se está enfriando a través de la contracción gravitacional. Sin embargo, las observaciones telescópicas terrestres en longitudes de onda infrarrojas aún no han detectado el planeta. Esto también establece un límite superior en su masa, ya que cuanto más grande sea el planeta, más caliente y brillante será.

Kalas y su equipo utilizaron el Hubble por primera vez para fotografiar Fomalhaut en 2004, e hicieron un descubrimiento inesperado de su disco de escombros, que dispersa la luz estelar de Fomalhaut. En ese momento notaron algunas fuentes brillantes en la imagen como candidatos del planeta. Una imagen de seguimiento en 2006 mostró que uno de los objetos se está moviendo a través del espacio con Fomalhaut pero cambió de posición con respecto al anillo desde la exposición de 2004. La cantidad de desplazamiento entre las dos exposiciones corresponde a una órbita de 872 años, calculada a partir de las leyes de movimiento planetario de Kepler.

Vista general del Hubble mediante sus cámaras ACS/HRC del planeta
Fomalhaut b en 2004 y 2006.
Fomalhaut se mueve a través del cielo a 0,425 segundos de arco por año, que es el ancho aparente de un centavo visto desde cinco millas de distancia.

El planeta se oscureció misteriosamente en media magnitud estelar entre las observaciones de 2004 y 2006. Esto podría significar que tiene una cálida atmósfera exterior calentada por burbujas de convección en el joven planeta, una especie de Júpiter con esteroides. O bien, podría provenir de gas caliente en el límite interior de un anillo alrededor del planeta.

Es posible que el planeta se haya formado en su ubicación en un disco de circunstancias primordiales al barrer gravitacionalmente el gas restante. O bien, puede haber migrado hacia afuera a través de un juego de billar gravitacional donde intercambió impulso con cuerpos planetarios más pequeños. Se cree comúnmente que los planetas Urano y Neptuno migraron a sus órbitas actuales después de formarse más cerca del Sol y luego interactuaron gravitacionalmente con cuerpos más pequeños.

Fomalhaut es mucho más caliente que nuestro sol y es 16 veces más brillante. Esto significa que un sistema planetario podría ampliar su tamaño con una característica proporcionalmente mayor del Cinturón de Kuiper y órbitas planetarias ampliadas. Por ejemplo, la "línea de escarcha" en nuestro sistema solar, la distancia donde los hielos y otros elementos volátiles no se evaporarán, se encuentra aproximadamente a 500 millones de millas (805 millones de kilómetros) del sol. Pero para Fomalhaut más caliente, la línea de escarcha está a aproximadamente 1.900 millones de millas (3.060 millones de kilómetros) de la estrella.

Fomalhaut está quemando hidrógeno a un ritmo tan furioso a través de la fusión nuclear que se quemará en tan solo 1.000 millones de años, lo que representa la décima parte de la vida útil de nuestro sol. Esto significa que hay pocas oportunidades para que la vida avanzada evolucione en los mundos habitables que la estrella pueda poseer.

La Cámara Avanzada para Sondeos (ACS) del Hubble en el laboratorio.
Las observaciones futuras intentarán ver el planeta en luz infrarroja y buscarán evidencia de nubes de vapor de agua en la atmósfera. Esto daría pistas sobre la evolución de un planeta comparativamente recién nacido de 100 millones de años. Las mediciones astrométricas de la órbita del planeta proporcionarán la precisión suficiente para producir una masa precisa.

El Telescopio Espacial James Webb de la NASA, que se lanzará en 2013, podrá realizar observaciones coronarias de Fomalhaut en el infrarrojo cercano y medio. JWST podrá buscar otros planetas en el sistema y sondear el interior de la región al anillo de polvo en busca de estructuras como un cinturón interior de asteroides.

Los miembros del equipo científico son: P. Kalas, J. Graham, E. Chiang y E. Kite (Universidad de California, Berkeley), M. Clampin (Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Md.), M. Fitzgerald ( Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, Calif.), Y K. Stapelfeldt y J. Krist (Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, Pasadena, Calif.).

Crédito: NASA, ESA, P. Kalas, J. Graham, E. Chiang, E. Kite (Universidad de California, Berkeley), M. Clampin (Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA), M. Fitzgerald (Laboratorio Nacional Lawrence Livermore), y K. Stapelfeldt y J. Krist (Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA).

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