El instrumento GRAVITY, pionero en la obtención de imágenes de exoplanetas.

Utilizando interferometría óptica, el instrumento de tecnología punta del VLTI revela detalles de un planeta inmerso en una tormenta.

El instrumento GRAVITY, instalado en el interferómetro VLTI (Very Large Telescope Interferometer) de ESO, ha realizado la primera observación directa de un planeta extrasolar mediante interferometría óptica. Este método reveló una atmósfera exoplanetaria compleja, con nubes de hierro y silicatos arremolinándose en una tormenta que abarca todo el planeta. La técnica presenta posibilidades únicas para la caracterización de muchos de los exoplanetas conocidos actualmente. Esta ilustración es una representación artística del exoplaneta observado, que lleva por nombre HR8799e. Crédito: ESO/L. Calçada.

El instrumento GRAVITY, instalado en el interferómetro VLTI (Very Large Telescope Interferometer) de ESO, ha realizado la primera observación directa de un planeta extrasolar mediante interferometría óptica. Este método reveló una atmósfera exoplanetaria compleja, con nubes de hierro y silicatos arremolinándose en una tormenta que abarca todo el planeta. La técnica presenta posibilidades únicas para la caracterización de muchos de los exoplanetas conocidos actualmente.

Este resultado ha sido anunciado hoy en una publicación en la revista Astronomy and Astrophysics por la colaboración GRAVITY [1], en la que presentan observaciones del exoplaneta HR8799e mediante interferometría óptica. El exoplaneta fue descubierto en 2010 en órbita de la joven estrella de secuencia principal HR8799, que se encuentra a unos 129 años luz de la Tierra, en la constelación de Pegaso.

Para obtener estos resultados, que revelan nuevas características de HR8799e, era necesario utilizar un instrumento con muy alta resolución y sensibilidad. GRAVITY puede utilizar las cuatro unidades de telescopio del VLT de ESO para trabajar como si se tratase de un único telescopio de mayor tamaño, usando una técnica conocida como interferometría [2]. Esto crea un súper telescopio — el VLTI — que recoge e interpreta, de forma muy precisa, la luz de la atmósfera de HR8799e y la de su estrella anfitriona.

GRAVITY es un instrumento de segunda generación utilizado en el Interferómetro de
Very Large Telescope (VLTI) del Very Large Telescope (VLT) en el Observatorio
Paranal de ESO. El instrumento se vio por primera vez en 2015.
Crédito: G. Rojas / ESO.

HR8799e es un 'superjúpiter', un tipo de mundo que no se encuentra en nuestro Sistema Solar, más masivo y mucho más joven que cualquier planeta de los que orbitan alrededor del Sol. Con sólo 30 millones años de edad, este exoplaneta bebé es lo suficientemente joven como para ofrecer a los científicos una herramienta para comprender la formación de planetas y sistemas planetarios. El exoplaneta es completamente inhóspito: la energía sobrante tras su formación y un potente efecto invernadero hacen que HR8799e alcance una temperatura hostil de cerca de 1000 °C.

Es la primera vez que se ha utilizado interferometría óptica para revelar detalles de un exoplaneta y la nueva técnica ha proporcionado un espectro exquisitamente detallado de una calidad sin precedentes, diez veces más detallado que observaciones anteriores. Las mediciones del equipo fueron capaces de revelar la composición de la atmósfera de HR8799e, que contiene algunas sorpresas.

“Nuestro análisis mostró que HR8799e tiene una atmósfera que contiene mucho más monóxido de carbono que metano, algo no esperable de la química en equilibrio”, explica el líder del equipo Sylvestre Lacour, investigador CNRS del Observatorio de París-PSL y del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre. “Podríamos explicar mejor estos sorprendentes resultados con la presencia de altos vientos verticales dentro de la atmósfera, que impedirían que el monóxido de carbono reaccionase con el hidrógeno para formar metano”.

Vista aérea de la plataforma de observación en la cima de Cerro Paranal (desde
finales de 1999), con los cuatro recintos para las unidades de telescopios (UT) de
8,2 metros, y variadas instalaciones para el Interferómetro del VLT (VLTI).
Tres Telescopios Auxiliares (AT) de 1.8 metros y la senda de los rayos de luz han sido
superpuestos en la imagen. También se observan algunas de las 30 estaciones donde los
AT podrían posicionarse para las observaciones, y donde los rayos de luz desde
los telescopios pueden ingresar al túnel del Interferómetro. Las estructuras rectas son
los soportes de los rieles donde los telescopios pueden moverse desde una estación a
otra. El Laboratorio Interferométrico (parcialmente subterráneo) se encuentra al
centro de la plataforma. Crédito: ESO.

El equipo descubrió que la atmósfera también contiene nubes de polvo de hierro y silicatos. Esto, combinado con el exceso de monóxido de carbono, sugiere que la atmósfera de HR8799e está inmersa en una enorme y violenta tormenta.

“Nuestras observaciones sugieren que hay una bola de gas iluminado desde el interior, con rayos de luz cálida arremolinándose a través de áreas tormentosas de nubes oscuras”, explica Lacour. “La convección mueve las nubes de partículas de silicato y hierro, que se desagregan y llueven hacia el interior. Esto nos pinta un panorama en el que presenciamos la dinámica atmósfera de un exoplaneta gigante en su nacimiento, sometido a complejos procesos físicos y químicos”.

Este resultado se basa en una cadena de impresionantes descubrimientos llevados a cabo con GRAVITY que han incluido avances tales como la observación, el año pasado, de gas girando al 30% de la velocidad de la luz justo en el límite exterior del horizonte de sucesos del agujero negro masivo que se encuentra en el centro galáctico. También añade una nueva forma de observar exoplanetas al ya extenso arsenal de métodos [3] disponibles para los telescopios e instrumentos de ESO, allanando el camino a muchos más descubrimientos impresionantes [4].

Notas.

[1] GRAVITY fue desarrollada por una colaboración formada por el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (Alemania), LESIA del Observatorio de París–PSL / CNRS / Universidad de la Sorbona / Universidad París Diderot e IPAG de la Universidad Grenoble Alpes / CNRS (Francia), el Instituto Max Planck de Astronomía (Alemania), la Universidad de Colonia (Alemania), CENTRA (Centro de Astrofísica y Gravitación (Portugal) y ESO.

[2] La interferometría es una técnica que permite a los astrónomos crear un súper telescopio combinando varios telescopios más pequeños. El VLTI de ESO es un telescopio interferométrico creado mediante la combinación de dos o más unidades de telescopio (UTs) del VLT (Very Large Telescope) o los cuatro telescopios auxiliares,  más pequeños. Mientras que cada UT tiene un impresionante espejo principal de 8,2 m, al combinarlos se crea un telescopio con 25 veces más capacidad de resolución que un solo UT observando individualmente.

[3] Los exoplanetas se observan usando muchos métodos diferentes. Algunas son indirectas, tales como el método de velocidad radial utilizado por el instrumento cazador de exoplanetas HARPS, de ESO, que mide la atracción que ejerce la gravedad de un planeta sobre su estrella anfitriona. Los métodos directos, como la técnica pionera que ha dado lugar a este resultado, implican observar el planeta en lugar de su efecto sobre su estrella.

[4] Recientes descubrimientos de exoplanetas, llevados a cabo con telescopios de ESO, incluyen la exitosa detección, el año pasado, de una supertierra orbitando la estrella de  Barnard, la estrella única más cercana a nuestro Sol, y el descubrimiento de planetas jóvenes orbitando a una estrella recién nacida con ALMA utilizando otra técnica novedosa para la detección de planetas.

Principio del interferómetro VLT. Diseño esquemático del interferómetro VLT. La luz de los objetos celestes distantes entra en dos de los telescopios VLT y se refleja en los distintos espejos en el Túnel Interferométrico, debajo de la plataforma de observación en la parte superior de Paranal. Dos líneas de retardo con carros móviles ajustan continuamente la longitud de los caminos para que los dos haces interfieran constructivamente y produzcan franjas en el foco interferométrico en el laboratorio. Crédito: ESO.

Información adicional.

Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo científico “First direct detection of an exoplanet by optical interferometry” en la revista Astronomy and Astrophysics, enlace artículo.

El esquipo está formado por: S. Lacour (LESIA, Observatorio de París - PSL, CNRS, Universidades de la Sorbona, UPMC Univ. París 06, Univ. Paris Diderot, Meudon, Francia [LESIA]; Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, Garching, Alemania [MPE]); M. Nowak (LESIA); J. Wang (Departamento de Astronomía, California Instituto de Tecnología, Pasadena, EE.UU.); O. Pfuhl (MPE); F. Eisenhauer (MPE); R. Abuter (ESO, Garching, Alemania); A. Amorim (Universidad de Lisboa, Lisboa, Portugal; CENTRA - Centro de Astrofísica y Gravitación, IST, Universidad de Lisboa, Lisboa, Portugal); N. Anugu (Facultad de Ingeniería, Universidad de Oporto, Oporto, Portugal; Escuela de Física, Grupo de Astrofísica, Universidad de Exeter, Exeter, Reino Unido); M. Benisty (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Francia [IPAG]); J.P. Berger (IPAG); H. Beust (IPAG); N. Blind (Observatorio de Ginebra, Universidad de Ginebra, Versoix, Suiza); M. Bonnefoy (IPAG); H. Bonnet (ESO, Garching, Alemania); P. Bourget (ESO, Santiago, Chile); W. Brandner (Instituto Max Planck de  Astronomía, Heidelberg, Alemania [MPIA]); A. Buron (MPE); C. Collin (LESIA); B. Charnay (LESIA); F. Chapron (LESIA); Y. Clénet (LESIA); V. Coudé du Foresto (LESIA); P.T. de Zeeuw (MPE; Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Leiden, Países Bajos); C. Deen (MPE); R. Dembet (LESIA); J. Dexter (MPE); G. Duvert (IPAG); A. Eckart (Primer Instituto de Física, Universidad de Colonia, Colonia, Alemania; Instituto Max Planck de Radioastronomía, Bonn, Alemania); N.M. Förster Schreiber (MPE); P. Fédou (LESIA); P. Garcia (Facultad de Ingeniería, Universidad de Oporto, Oporto, Portugal; ESO, Santiago, Chile; CENTRA - Centro de Astrofísica y Gravitación, IST, Universidad de Lisboa, Lisboa, Portugal); R. Garcia Lopez (Instituto de Dublín de Estudios Avanzados, Dublín, Irlanda; MPIA); F. Gao (MPE); E. Gendron (LESIA); R. Genzel (MPE; Departamentos de Física y Astronomía, Universidad de California, Berkeley, EE.UU.); S. Gillessen (MPE); P. Gordo (Universidad de Lisboa, Lisboa, Portugal; CENTRA - Centro de Astrofísica y Gravitación, IST, Universidad de Lisboa, Lisboa, Portugal); A. Greenbaum (Departamento de Astronomía, Universidad de Michigan, Ann Arbor, EE.UU.); M. Habibi (MPE); X. Haubois (ESO, Santiago, Chile); F. Haußmann (MPE); Th. Henning (MPIA); S. Hippler (MPIA); M. Horrobin (Primer Instituto de Física, Universidad de Colonia, Colonia, Alemania); Z. Hubert (LESIA); A. Jimenez Rosales (MPE); L. Jocou (IPAG); S. Kendrew (Agencia Espacial Europea, Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, Baltimore, EE.UU.; MPIA); P. Kervella (LESIA); J. Kolb (ESO, Santiago, Chile); A.-M. Lagrange (IPAG); V. Lapeyrère (LESIA); J.-B. Le Bouquin (IPAG); P. Léna (LESIA); M. Lippa (MPE); R. Lenzen (MPIA); A.-L. Maire (Instituto STAR, Universidad de Lieja, Lieja, Bélgica; MPIA); P. Mollière (Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Leiden, Países Bajos); T. Ott (MPE); T. Paumard (LESIA); K. Perraut (IPAG); G. Perrin (LESIA); L. Pueyo (Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, Baltimore, EE.UU.); S. Rabien (MPE); A. Ramírez (ESO, Santiago, Chile); C. Rau (MPE); G. Rodríguez-Coira (LESIA); G. Rousset (LESIA); J. Sanchez-Bermudez (Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad de México, México; MPIA); S. Scheithauer (MPIA); N. Schuhler (ESO, Santiago, Chile); O. Straub (LESIA; MPE); C. Straubmeier (Primer Instituto de Física, Universidad de Colonia, Colonia, Alemania); E. Sturm (MPE); L.J. Tacconi (MPE); F. Vincent (LESIA); E.F. van Dishoeck (MPE; Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Leiden, Países Bajos); S. von Fellenberg (MPE); I. Wank (Primer Instituto de Física, Universidad de Colonia, Colonia, Alemania); I. Waisberg (MPE); F. Widmann (MPE); E. Wieprecht (MPE); M. Wiest (Primer Instituto de Física, Universidad de Colonia, Colonia, Alemania); E. Wiezorrek (MPE); J. Woillez (ESO, Garching, Alemania); S. Yazici (MPE; Primer Instituto de Física, Universidad de Colonia, Colonia, Alemania); D. Ziegler (LESIA); y G. Zins (ESO, Santiago, Chile).

ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Cuenta con dieciséis países miembros: Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Irlanda, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, el Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza, junto con el país anfitrión, Chile, y con Australia como aliado estratégico. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de poderosas instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también desarrolla un importante papel al promover y organizar la cooperación en investigación astronómica. ESO opera en Chile tres instalaciones de observación únicas en el mundo: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope junto con su interferómetro VLTI (Very Large Telescope Interferometer), el más avanzado del mundo, así como dos telescopios de rastreo: VISTA (siglas en inglés de Telescopio de Rastreo Óptico e Infrarrojo para Astronomía), que trabaja en el infrarrojo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT), que rastrea en luz visible. También en Paranal, ESO albergará y operará el Conjunto de Telescopios Cherenkov Sur, el observatorio de rayos gamma más sensible y más grande del mundo. ESO también es socio de dos instalaciones en Chajnantor, APEX y ALMA, actualmente el mayor proyecto astronómico en funcionamiento del mundo. Finalmente, en Cerro Armazones, cerca de Paranal, ESO está construyendo el ELT (Extremely Large Telescope), de 39 metros, que llegará a ser “el ojo más grande del mundo para mirar el cielo”.

Las traducciones de las notas de prensa de ESO las llevan a cabo miembros de la Red de Divulgación de la Ciencia de ESO (ESON por sus siglas en inglés), que incluye a expertos en divulgación y comunicadores científicos de todos los países miembros de ESO y de otras naciones.

El nodo español de la red ESON está representado por J. Miguel Mas Hesse y Natalia Ruiz Zelmanovitch.

Enlaces.

• Artículo científico
• Fotos de GRAVITY
• Fotos del VLT

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Madrid, España

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Correo electrónico: mm@cab.inta-csic.es

Sylvestre Lacour

CNRS/LESIA, Observatoire de Paris - PSL

5 place Jules Janssen, Meudon, France

Tlf.: +33 6 81 92 53 89

Correo electrónico: Sylvestre.lacour@observatoiredeparis.psl.eu

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CNRS/LESIA, Observatoire de Paris - PSL

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• Publicado en ESo el 27 de marzo del 2.019, enlace publicación.