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Un planeta improbable: El primer Neptuno ultra caliente LTT 9779 b

David Azócar

Encargado de Comunicaciones Instituto Milenio de Óptica MIRO

Científicos de la Universidad de Chile lideraron el equipo que descubrió una nueva clase de planeta, el Neptuno ultra caliente.

● El planeta se encontró en el desierto Neptuniano, donde estos objetos rara vez son encontrados.

● Podría ser un planeta en transición, un gigante gaseoso desinflado.

● Brinda una oportunidad única para estudiar las atmósferas de los planetas calientes tipo Neptuno.

Astrónomos de la Universidad de Chile descubrieron el primer planeta Neptuno Ultra Caliente que orbita alrededor de la estrella cercana LTT 9779.

El mundo orbita tan cerca de su estrella que su año dura solo 19 horas, lo que significa que la temperatura del planeta se eleva por sobre los 1.700 grados centígrados, por la radiación que recibe. A estas altas temperaturas, los elementos pesados como el hierro se pueden ionizar en la atmósfera y las moléculas se pueden disociar, proporcionando un laboratorio único para estudiar la química de los planetas fuera del sistema solar.

Este nuevo planeta es un poco más grande que Neptuno, pero pesa el doble, aunque tiene una densidad similar. Por lo tanto, LTT 9779 b debería tener un núcleo enorme de alrededor de 28 masas terrestres y una atmósfera que representa alrededor del 9% de la masa planetaria total.

El sistema estelar tiene alrededor de la mitad de la edad del Sol, con 2.000 millones de años, y dada la intensa irradiación, no se esperaría que un planeta similar a Neptuno pudiera mantener su atmósfera durante tanto tiempo, lo que proporciona un enigma intrigante que resolver: cómo llegó a existir un mundo tan improbable.

LTT 9779 es una estrella similar al Sol ubicada a una distancia de 260 años luz, relativamente cercano en términos astronómicos. Contiene alta cantidad de metales y tiene el doble de hierro en su atmósfera respecto al Sol. Este podría ser un indicador clave, pues el planeta era originalmente un gigante gaseoso mucho más grande, ya que estos cuerpos se forman preferentemente cerca de las estrellas con mayor abundancia de hierro.

El planeta fue detectado por el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito, (en inglés: Transiting Exoplanet Survey Satellite – TESS), el cual observa diferentes sectores en el cielo, 13 en el hemisferio sur el primer año, 13 en el hemisferio norte en el segundo año.  En este caso, apareció en el segundo de los 26 sectores que TESS observaría en todo el cielo. Dado que no se detectaron tipos similares de planetas en las misiones precursoras de TESS, Kepler y K2, el hallazgo es aún más emocionante.

“Seleccionamos a este candidato de una alerta TESS debido a su período orbital muy corto. Después de inspeccionar la curva de luz, encontramos que era un buen candidato para una próxima campaña de observación, que realizamos durante una semana con el espectrógrafo HARPS, en La Silla”, indica Matías Díaz, candidato a Doctorado en Astronomía en la Universidad de Chile y segundo autor del artículo.

“Planeamos las observaciones cuidadosamente, para maximizar el uso del espectrógrafo y muestrear la órbita del candidato de una manera óptima. Durante las primeras noches, nos percatamos que los datos de las observaciones coincidían con el período previsto. Un análisis más detallado de las siete noches de observaciones en noviembre fue consistente con un planeta tipo Neptuno masivo”, agregó Díaz.

LTT 9779 b es una “bestia rara”, habita en una región escasamente poblada del espacio de parámetros planetarios, lo que es muy inusual. “El planeta existe en algo conocido como el “Desierto Neptuniano”, una región desprovista de planetas cuando miramos la población de masas y tamaños planetarios. Aunque los gigantes de hielo parecen ser un subproducto bastante común del proceso de formación de planetas, este no es el caso muy cerca de sus estrellas. Creemos que estos planetas se despojan de sus atmósferas durante el tiempo cósmico y terminan en los llamados planetas de período ultracortos», afirmó Jenkins.

Jenkins agrega que: “Los modelos de estructura planetaria nos indican que éste es un mundo dominado por un núcleo gigante, pero lo que es más importante, deberían existir dos o tres masas terrestres de gas en la atmósfera. Pero si la estrella es tan vieja ¿Por qué tiene atmósfera? Bueno, si LTT 9779 b comenzó su vida como un gigante gaseoso, entonces un proceso llamado desbordamiento del lóbulo de Roche, podría haber transferido cantidades significativas del gas atmosférico a la estrella”, dice.

El rebalse del lóbulo de Roche (Roche lobe overflow, en inglés) es un proceso por el cual un planeta se acerca tanto a su estrella, cuya gravedad termina por capturar las capas externas del planeta, haciendo que estas se transfieran a la estrella, disminuyendo significativamente la masa del planeta. Los modelos predicen resultados similares a los del sistema LTT 9779, pero también requieren algunos ajustes.

“También podría ser que el LTT 9779 b llegó a su órbita actual bastante tarde, por lo que no ha tenido tiempo de ser despojado de la atmósfera. Las colisiones con otros planetas del sistema podrían haberlo arrojado hacia la estrella. De hecho, dado que se trata de un mundo tan único y poco común, pueden resultar plausibles escenarios más exóticos”, añadió Jenkins.

Dado que el planeta parece tener una atmósfera significativa y que orbita alrededor de una estrella relativamente brillante, los estudios futuros de la atmósfera planetaria pueden revelar algunos de los misterios relacionados de cómo se forman esos planetas, cómo evolucionan y los detalles que lo constituyen.

Jenkins concluye que “El planeta está muy caliente, lo que motiva la búsqueda de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, junto con núcleos atómicos ionizados. Es aleccionador pensar que este «planeta improbable» es tan raro que no encontraremos otro laboratorio como este para estudiar en detalle la naturaleza de un Neptuno ultra caliente. Por lo tanto, debemos extraer todo el conocimiento que podamos de este diamante en bruto. Hay que  observar este planeta con instrumentos tanto terrestres como espaciales durante los próximos años”.

Lista completa de autores e instituciones:

            •          James S. Jenkins: Universidad de Chile, Centro de Excelencia en Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA)

            •          Matías R. Díaz: Universidad de Chile, Centro de Excelencia en Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA)

            •          Nicolás T. Kurtovic: Universidad de Chile, MPIA

            •          Néstor Espinoza: Space Telescope Science Institute

            •          Jose I. Vines: Universidad de Chile

            •          Pablo A. Peña Rojas: Universidad de Chile

            •          Rafael Brahm: Pontificia Universidad Católica de Chile, Millennium Institute for Astrophysics

            •          Pascal Torres: Pontificia Universidad Católica de Chile

            •          Pía Cortés-Zuleta: Universidad de Chile

            •          Maritza G. Soto: Queen Mary University of London

            •          Eric D. Lopez: NASA Goddard Space Flight Center

            •          George W. King: University of Warwick, University of Warwick

            •          Peter J. Wheatley: University of Warwick, University of Warwick

            •          Joshua N. Winn: Princeton University

            •          David R. Ciardi: Caltech

            •          George Ricker: Massachusetts Institute of Technology

            •          Roland Vanderspek: Royal Observatory of Belgium

            •          David W. Latham: Center for Astrophysics | Harvard and Smithsonian

            •          Sara Seager: Massachusetts Institute of Technology.

            •          Jon M. Jenkins: NASA Ames Research Center

            •          Charles A. Beichman: Caltech

            •          Allyson Bieryla: Center for Astrophysics | Harvard and Smithsonian

            •          Christopher J. Burke: Massachusetts Institute of Technology

            •          Jessie L. Christiansen: Caltech

            •          Christopher E. Henze: NASA Ames Research Center

            •          Todd C. Klaus: NASA Ames Research Center

            •          Sean McCauliff: NASA Ames Research Center

            •          Mayuko Mori: The University of Tokyo

            •          Norio Narita: The University of Tokyo, JST, Astrobiology Center, National Astronomical Observatory of Japan, Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)

            •          Taku Nishiumi: Kyoto Sangyo University

            •          Motohide Tamura: The University of Tokyo, Astrobiology Center, National Astronomical Observatory of Japan

            •          Jerome Pitogo de León: The University of Tokyo

            •          Samuel N. Quinn: Center for Astrophysics | Harvard and Smithsonian

            •          Jesús Noel Villaseñor: Massachusetts Institute of Technology

            •          Michael Vezie: Massachusetts Institute of Technology

            •          Jack J. Lissauer: NASA Ames Research Center

            •          Karen A. Collins: Center for Astrophysics | Harvard and Smithsonian

            •          Kevin I. Collins: George Mason University

            •          Giovanni Isopi: Campo Catino Astronomical Observatory

            •          Franco Mallia: Campo Catino Astronomical Observatory

            •          Andrea Ercolino: Campo Catino Astronomical Observatory

            •          Cristóbal Petrovich: University of Toronto at Scarborough

            •          Andrés Jordán: Millennium Institute for Astrophysics, Universidad Adolfo Ibáñez

            •          Jack S. Acton: University of Leicester

            •          David J. Armstrong: University of Warwick.

            •          Daniel Bayliss: University of Warwick

            •          François Bouchy: Université de Genéve

            •          Claudia Belardi: University of Leicester

            •          Edward M. Bryant: University of Warwick.

            •          Matthew R. Burleigh: University of Leicester

            •          Juan Cabrera: German Aerospace Center

            •          Sarah L. Casewell: University of Leicester

            •          Alexander Chaushev: TU Berlin

            •          Benjamin F. Cooke: University of Warwick.

            •          Philipp Eigmüller: German Aerospace Center

            •          Anders Erikson: German Aerospace Center

            •          Emma Foxell: University of Warwick.

            •          Boris T. Gänsicke: University of Warwick

            •          Samuel Gill: University of Warwick.

            •          Edward Gillen: Cavendish Laboratory

            •          Maximilian N. Günther: Massachusetts Institute of Technology

            •          Michael R. Goad: University of Leicester

            •          Matthew J. Hooton: Queen’s University Belfast

            •          James A. G. Jackman: University of Warwick.

            •          Tom Louden: University of Warwick.

            •          James McCormac: University of Warwick.

            •          Maximiliano Moyano: Universidad Católica del Norte

            •          Louise D. Nielsen: Université de Genéve

            •          Don Pollacco: University of Warwick.

            •          Didier Queloz: Cavendish Laboratory

            •          Heike Rauer: German Aerospace Center, TU Berlin, FU Berlin

            •          Liam Raynard: University of Leicester

            •          Alexis M. S. Smith: German Aerospace Center

            •          Rosanna H. Tilbrook: University of Leicester

            •          Ruth Titz-Weider: German Aerospace Center

            •          Oliver Turner: Université de Genéve

            •          Stéphane Udry: Université de Genéve

            •          Simon. R. Walker: University of Warwick

            •          Christopher A. Watson: Queen’s University Belfast

            •          Richard G. West: University of Warwick.

            •          Enric Palle: Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), Universidad de La Laguna (ULL)

            •          Carl Ziegler: University of Toronto

            •          Nicholas Law: The University of North Carolina at Chapel Hill

            •          Andrew W. Mann: The University of North Carolina at Chapel Hill

El primer autor de este documento es:

            •          James S. Jenkins: Universidad de Chile, Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA)

Los siguientes fondos de financiamiento aparecen en los reconocimientos del documento científico:

            •          Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico FONDECYT (National Fund for Scientific and Technological Development)

            •          Consejo Nacional de Innovación

            •          Ciencia y Tecnología (CONICYT), actual ANID

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