Exoanillos en el Horizonte

Astrónomos del Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica y de la Universidad de Antioquia (Medellin-Colombia), han ideado un método novedoso para identificar anillos alrededor de planetas extrasolares (exoanillos).  El método es relativalemente simple y puede ser usado para analizar grandes bases de datos fotométricas y encontrar así una lista de candidatos para futuros estudios.

La Ciencia Exoplanetaria es una de las fuentes más prolificas de descubrimientos astronómicos desde la invención del telescopio.  Una vez uno se ha acostumbrado a un hallazgo soprendente, tal como el descubrimiento de un planeta gemelo de lo Tierra, otro descubrimiento excitante aparece, capturando la imaginación de científicos y no científicos.  Aunque no se puede predecir cuál será el siguiente descubrimiento exoplanetario, algunos hallazgos importantes, tales como el descubrimiento de la primera exoluna o la imagen directa de un planeta como la Tierra, han esperado en la "fila" por años.  Los Exoanillos son uno de esos descubrimientos esperados por largo tiempo.  

Recientemente, un grupo de Astrónomos liderado por Matt Kenworthy del Observatorio de Leiden y Erik Mamajek de la Universidad de Rochester, anunciaron el descubrimiento de un disco gigante orbitando el "super Júpiter" J1407b.  Más allá de la excitación inicial, la naturaleza actual del objeto y sus "anillos" todavía se debate.  El planeta podría ser realmente una estrella enana marrón y los anillos una versión en miniatura de un disco protoplanetario.

Los anillos son comunes en el Sistema Solar.  Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno tienen anillos de diferente tamaño.  Incluso objetos pequeños, tales como asteroides y nucleos cometarios, podrían tener sus propios anillos.  Así, buscar planetas con anillos más allá del Sistema Solar es tan natural como buscar lunas o campos magnéticos, otros dos fenómenos asociados normalmente con los planetas.

Jorge I. Zuluaga, Profesor Asociado del Instituto de Física de la Universidad de Antioquia e Investigador Visitante del Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica (CfA), David Kipping, Menzel Fellow en el CfA y reconocido experto internacional en investigación exoplanetaria, y dos de sus estudiantes de posgrado y pregrado, Mario Sucerquia y Jaime Andrés Alvarado, han descubierto un método rápido y novedoso para identificar exoanillos en grandes bases de datos fotométricas.  El método podría allanar el caminos para el descubrimiento de los primeros exoanillos en un futuro muy cercano.   Sus ideas han sido aceptadas para publicación en uno de los próximos números del Astrophysical Journal Letters.  Una versión electrónica del artículo esta disponible en el repositorio de los arXiv de la Universidad de Cornell.

Representación esquemática del tránsito de un planeta con anillos en frente de su estrella.  Cuando se compara con la curva de luz de un planeta análogo sin anillos (línea punteada), el tránsito de un planeta con anillos es más profundo (el flujo relativo disminuye por una fracción mayor) y prolongado.

Uno de los aspectos más excitantes del nuevo método es su simplicidad: un planeta con anillos produce un tránsito más "profundo" y prolongado que el causado por un planeta analogo sin anillos (ver figura).

Pero, ¿cómo podría el tránsito más profundo y prolongado de un planeta con anillos, distinguirse del mismo efecto pero producido simplemente por un planeta más grande?.  Si un planeta del tamaño de Júpiter tiene un anillo, los Astrónomos en la Tierra, estudiando el tránsito del planeta en frente de su estrella, pensarían que el planeta es más grande de lo que realmente es.   Pero encontrar planeta mucho más grandes que Júpiter no es común.  Solo las estrellas enanas marrón y otras estrellas pequeñas pueden ser así de grandes.  En censos fotométricos, tales como el levantado por el telescopio espacial Kepler, los objetos que parecen más grandes que lo esperado son marcados, normalmente como "falsos positivos".  De acuerdo con Zuluaga, Kipping y sus colegas, deberíamos empezar a buscar cuidadosamente entre esos falsos positivos.  Verdaderas "joyas anilladas" podrían yacer escondidas en medio de esta "basura".

Una segunda idea explota el así llamado "Asterodensity-profiling effect".   Los tránsitos planetarios proveen abundante información, no solo sobre el planeta, sino también sobre la estrella misma.  Si combinamos la profundidad del tránsito (que depende del tamaño de la estrella) y la duración del mismo (que depende de la velocidad orbital y por lo tanto de la masa de la estrella) podemos estimar la densidad estelar.  Esta densidad determinada con el tránsito puede compararse con la misma cantidad medida independientemente con otro método (por ejemplo asterosismología).  Si ambas densidades no coinciden, algo estaría realmente equivocado con las suposiciones hechas acerca del planeta y su órbita.  Zuluaga, Kipping y sus colegas han demostrado que la presencia de anillos produciría sistemáticamente una subestimación de la densidad estelar.  Ellos bautizaron este efecto como el "Photo-Ring effect".

Magnitud del "Photo-Ring effect" predicho por Zuluaga, Kipping y colegas, calculado para diferentes orientaciones de los anillos (pequeños saturnos en la figura).

La identificación de anillos usando este método novedoso no es suficiente para demostrar o confirmar su existencia.  Una vez una lista de candidatos sea seleccionada, una batería de métodos poderosos y eficientes deben ser usados para confirmar la existencia de exoanillos alrededor de algunos de esos candidatos.  Incluso en ese caso, el nuevo método tiene el potencial de proveer la distribución estadística de las propiedades de los exoanillos, mucho antes de que descubramos un número significativo de ellos.

Crédito de las imágenes:

• Saturn Eclipsing the Sun as seen from Cassini Spacecraft.  NASA/JPL.

Fuente original:

• "A novel method for identifying exoplanetary ring", Jorge I. Zuluaga (Harvard-Smithsonian CfA/IF/UdeA), David Kipping (Harvard-Smithsonian CfA), Mario Sucerquia (IF/UdeA), Jaime A. Alvarado (IF/UdeA), arXiv e-print: 1502.07818.  Accepted for Publication in Astrophysical Journal Letters.

Para información adicional contactar a:

Prof. Jorge I. Zuluaga
Institute of Physics, University of Antioquia (Medellin-Colombia)
E-mail: jorge.zuluaga@udea.edu.co