EL COSMOS
¿Qué
son los exoplanetas?
En la vastedad del
universo, la búsqueda de vida más allá de nuestro sistema solar ha llevado a
los astrónomos a explorar un mundo completamente nuevo: los exoplanetas. Estos
planetas que orbitan estrellas fuera de nuestro sistema solar han capturado la imaginación
del público y de los científicos por igual. En este extenso artículo, nos
sumergiremos en el emocionante mundo de los exoplanetas, desde su
descubrimiento hasta las últimas investigaciones y su impacto en nuestra
comprensión del cosmos.
Exoplanetas.
Fuente: www.yorokobu.es
¿Qué
es un exoplaneta?
Un exoplaneta,
también conocido como planeta extrasolar, es un planeta que orbita una estrella
que no es el Sol y que, por lo tanto, está fuera de nuestro sistema solar. En
otras palabras, son planetas que se encuentran más allá de nuestra vecindad
estelar y orbitan alrededor de estrellas distintas a nuestro Sol.
Primer exoplaneta descubierto
El primer exoplaneta
confirmado fue descubierto en 1992 por los astrónomos Aleksander Wolszczan y
Dale Frail. Este planeta, llamado PSR B1257+12 A b, orbita alrededor de
un púlsar,
una estrella de neutrones altamente magnetizada, en la constelación de Virgo.
Desde entonces, los astrónomos han identificado miles de exoplanetas utilizando
una variedad de técnicas de detección, incluyendo el método de tránsito, el
método de velocidad radial y la observación directa.
¿Cómo se detecta?
- Método de Tránsito:
Este método implica observar la disminución en el brillo de una estrella
cuando un exoplaneta pasa frente a ella, bloqueando parte de su luz. Esta
técnica es especialmente efectiva para detectar exoplanetas que orbitan
estrellas relativamente cercanas y brillantes.
- Método de Velocidad Radial:
También conocido como el método de velocidad Doppler, este enfoque implica
medir los cambios en la velocidad radial de una estrella causados por la
atracción gravitacional de un exoplaneta en órbita. Estos cambios se
reflejan en el corrimiento al rojo o al azul de las líneas espectrales de
la estrella.
- Observación Directa: Esta técnica implica capturar imágenes directas del exoplaneta utilizando telescopios avanzados. Sin embargo, debido a la gran diferencia de brillo entre un exoplaneta y su estrella anfitriona, esta técnica es especialmente desafiante y se limita a exoplanetas que están muy separados de sus estrellas.
Método
velocidad radial para detección de exoplanetas. Fuente: Wikipedia
Tipos
de exoplanetas
Los exoplanetas
descubiertos hasta ahora muestran una asombrosa diversidad en términos de
tamaño, composición y ubicación orbital. Aquí hay algunos tipos comunes de
exoplanetas:
- Jupiter Calientes:
Exoplanetas grandes y gaseosos que orbitan cerca de su estrella
anfitriona, con temperaturas superficiales extremadamente altas.
- Supertierras: Exoplanetas rocosos
que tienen una masa mayor que la de la Tierra pero menor que la de
Neptuno. Algunos de estos planetas podrían tener condiciones adecuadas
para la vida.
- Planetas de Hielo:
Exoplanetas compuestos principalmente de agua, amoníaco y metano
congelados. Estos planetas pueden existir más allá de la zona habitable de
sus estrellas anfitrionas.
- Exolunas: Lunas que orbitan
alrededor de exoplanetas en sistemas estelares fuera del nuestro. Aunque
aún no se han confirmado exolunas, su existencia es objeto de
investigación activa.
¿Son habitables?
Uno de los aspectos
más emocionantes de la búsqueda de exoplanetas es la identificación de aquellos
que podrían albergar vida. La «zona habitable» de un sistema estelar se refiere
a la región donde las condiciones son adecuadas para la existencia de agua
líquida en la superficie de un planeta. Los exoplanetas dentro de esta zona
tienen el potencial de albergar vida tal como la conocemos.
Los descubrimientos
más importantes de exoplanetas
- TRAPPIST-1: Este sistema estelar, ubicado a unos 40 años luz de distancia, alberga siete exoplanetas del tamaño de la Tierra, tres de los cuales están dentro de la zona habitable de la estrella TRAPPIST-1. Este descubrimiento ha generado un gran interés debido a la posibilidad de que algunos de estos planetas puedan tener agua líquida en sus superficies.
Comparativa
del sistema planetario TRAPPIST-1 con la Tierra. Fuente: www.nationalgeographic.com.es/
- Kepler-452b: A menudo apodado «la
Tierra 2.0», este exoplaneta se encuentra dentro de la zona habitable de
una estrella similar al Sol, a unos 1,400 años luz de distancia. Tiene un
tamaño y una órbita similares a los de la Tierra, lo que lo convierte en
un candidato prometedor para la búsqueda de vida extraterrestre.
- HD 189733b: Este exoplaneta, ubicado a unos 63 años luz de distancia, ha sido objeto de estudio debido a su inusual color azul, que se cree que es el resultado de partículas de silicatos en su atmósfera que dispersan la luz de manera similar al efecto Tyndall en la atmósfera terrestre.
Imagen
comparativa entre HD 189733 y Júpiter. Fuente: NASA
Futuras misiones
La búsqueda de
exoplanetas continúa avanzando a pasos agigantados gracias a avances
tecnológicos como el Telescopio Espacial James Webb (JWST) y la misión PLATO de
la Agencia Espacial Europea (ESA). Estas misiones están diseñadas para expandir
nuestro conocimiento sobre los exoplanetas y explorar sus características
atmosféricas, composición y potencial para la vida.
La búsqueda de
exoplanetas ha transformado nuestra comprensión del universo y ha planteado
preguntas fascinantes sobre la posibilidad de vida más allá de nuestro sistema
solar. Con cada nuevo descubrimiento, nos acercamos más a responder una de las
preguntas más fundamentales de la humanidad: ¿estamos solos en el universo? Con
tecnologías cada vez más avanzadas y misiones espaciales innovadoras, el futuro
de la astronomía y la exploración espacial promete revelar aún más secretos
sobre estos mundos distantes y las maravillas que albergan.
https://www.cosmoaventura.com/que-son-los-exoplanetas/
La
NASA ha alcanzado los 6.000 planetas fuera de nuestro sistema solar.
Han pasado 30 años
desde el descubrimiento del primer planeta alrededor de una estrella similar a
nuestro Sol. Con cada nuevo descubrimiento, los científicos se acercan a la
respuesta de si existen otros planetas como la Tierra que podrían albergar vida
tal como la conocemos. NASA/JPL-Caltech
Este hito pone de
relieve el ritmo acelerado de los descubrimientos, poco más de tres décadas
después de que se encontraran los primeros exoplanetas.
La NASA ha alcanzado
los 6000 exoplanetas, planetas fuera de nuestro sistema solar, que el número
oficial de planetas que rastrea. Científicos de todo el mundo añaden planetas
confirmados a la lista de forma continua, por lo que ningún planeta individual
se considera el número 6000. El Instituto de Ciencia de Exoplanetas (NExScI) de
la NASA, con sede en el IPAC de Caltech en Pasadena, California, se encarga de
monitorear esta cifra. Hay más de 8000 planetas candidatos adicionales a la
espera de confirmación, y la NASA lidera la búsqueda mundial de vida en el
universo.
“Este hito
representa décadas de exploración cósmica impulsadas por los telescopios
espaciales de la NASA, una exploración que ha transformado por completo la
forma en que la humanidad observa el cielo nocturno”, declaró Shawn
Domagal-Goldman, director interino de la División de Astrofísica de la sede de
la NASA en Washington. “Paso a paso, desde el descubrimiento hasta la
caracterización, las misiones de la NASA han sentado las bases para responder a
una pregunta fundamental: ¿Estamos solos? Ahora, con nuestro próximo Telescopio Espacial Nancy Grace Roman y el
Observatorio de Mundos Habitables , Estados
Unidos liderará el siguiente gran salto: el estudio de mundos similares al
nuestro alrededor de estrellas como nuestro Sol. Esto es ingenio estadounidense
y una promesa de descubrimiento que nos une a todos”.
Los
científicos han descubierto miles de exoplanetas (planetas fuera de nuestro
sistema solar) en toda la galaxia. La mayoría solo pueden estudiarse
indirectamente, pero se sabe que varían enormemente, como se muestra en esta
ilustración, desde pequeños mundos rocosos y gigantes gaseosos hasta planetas
ricos en agua y otros tan calientes como las estrellas.
Centro
de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA
Este hito se produce
30 años después del descubrimiento del primer exoplaneta alrededor
de una estrella similar a nuestro Sol , en 1995.
(Anteriormente, se habían identificado algunos
planetas alrededor de estrellas que habían agotado su combustible y colapsado).
Si bien los investigadores creen que existen miles de
millones de planetas en la Vía Láctea, encontrarlos
sigue siendo un desafío. Además de descubrir muchos planetas individuales con
características fascinantes a medida que aumenta el número
total de exoplanetas conocidos, los científicos
pueden observar cómo se compara la población planetaria general con los
planetas de nuestro propio sistema solar.
Por ejemplo, si bien
nuestro sistema solar alberga un número igual de planetas rocosos y gigantes,
los planetas rocosos parecen ser más comunes en el universo. Los investigadores
también han descubierto una variedad de planetas completamente diferentes a los
de nuestro sistema solar. Hay planetas del tamaño de Júpiter que orbitan
más cerca de su estrella madre que Mercurio
del Sol; planetas que orbitan
dos estrellas , ninguna
estrella y estrellas
muertas ; planetas cubiertos
de lava ; algunos con la densidad
del poliestireno expandido ; y otros con nubes formadas
por piedras preciosas .
“Cada uno de los
diferentes tipos de planetas que descubrimos nos brinda información sobre las
condiciones en las que se forman los planetas y, en última instancia, sobre la
frecuencia de planetas como la Tierra y dónde deberíamos buscarlos”, afirmó
Dawn Gelino, directora del Programa de Exploración de Exoplanetas (ExEP) de la
NASA, ubicado en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la agencia en el sur
de California. “Si queremos averiguar si estamos solos en el universo, todo
este conocimiento es fundamental”.
Buscando otros
mundos
Se han fotografiado
directamente menos de 100 exoplanetas , ya
que la mayoría son tan débiles que se pierden en la luz de su estrella
anfitriona. Los otros cuatro métodos de
detección de planetas son indirectos. Con el método
de tránsito, por ejemplo, los astrónomos buscan que una estrella disminuya su
brillo durante un breve período cuando un planeta en órbita pasa frente a ella.
Para tener en cuenta
la posibilidad de que algo distinto a un exoplaneta sea responsable de una
señal determinada, la mayoría de los candidatos a exoplanetas deben confirmarse
mediante observaciones de seguimiento, a menudo con un telescopio adicional, lo
que requiere tiempo. Por eso, existe una larga lista de candidatos en el Archivo de Exoplanetas de la NASA (alojado
por NExScI) que esperan ser confirmados.
“Necesitamos que
toda la comunidad trabaje en conjunto si queremos maximizar nuestras
inversiones en estas misiones que están generando candidatos a exoplanetas”,
dijo Aurora Kesseli, subdirectora científica del Archivo de Exoplanetas de la
NASA en IPAC. “Una parte importante de nuestro trabajo en NExScI es desarrollar herramientas que
ayuden a la comunidad a convertir los planetas candidatos en planetas
confirmados”.
El ritmo de
descubrimientos de exoplanetas se ha acelerado en los últimos años (la base de
datos alcanzó los 5000
exoplanetas confirmados hace tan solo tres años),
y es probable que esta tendencia continúe. Kesseli y sus colegas prevén recibir
miles de candidatos a exoplanetas adicionales de la misión Gaia de la ESA
(Agencia Espacial Europea), que encuentra planetas mediante una técnica
llamada astrometría ,
y del próximo Telescopio
Espacial Nancy Grace Roman de la NASA , que
descubrirá miles de nuevos exoplanetas principalmente mediante una técnica
llamada microlente
gravitacional .
Numerosos
telescopios contribuyen a la búsqueda y el estudio de exoplanetas, tanto en el
espacio (como se muestra en las representaciones artísticas) como en la Tierra.
Organizaciones de todo el mundo, como la ESA (Agencia Espacial Europea), la CSA
(Agencia Espacial Canadiense) y la NSF (Fundación Nacional de Ciencias), llevan
a cabo este trabajo.
NASA/JPL-Caltech
exoplanetas del
futuro
En la NASA, el
futuro de la ciencia de los exoplanetas se centrará en encontrar planetas
rocosos similares a la Tierra y estudiar sus atmósferas en busca de biofirmas :
cualquier característica, elemento, molécula, sustancia o rasgo que pueda
servir como evidencia de vida pasada o presente. El telescopio espacial James
Webb de la NASA ya ha analizado
la composición química de más de 100 atmósferas
de exoplanetas.
Pero estudiar las
atmósferas de planetas del tamaño y la temperatura de la Tierra requerirá
nuevas tecnologías. En concreto, los científicos necesitan mejores herramientas
para bloquear el resplandor de la estrella alrededor de la cual orbita un
planeta. Y en el caso de un planeta similar a la Tierra, el resplandor sería
considerable: el Sol es aproximadamente 10 mil
millones de veces más brillante que la Tierra,
lo cual sería más que suficiente para eclipsar la luz de nuestro planeta si lo
observara un observador distante.
La NASA cuenta con
dos iniciativas principales para intentar superar este obstáculo. El telescopio
Roman transportará un instrumento de demostración tecnológica llamado Coronógrafo
Roman, que pondrá a prueba nuevas tecnologías
para bloquear
la luz estelar y hacer visibles planetas
tenues. En su máximo rendimiento, el coronógrafo debería ser capaz de obtener
imágenes directas de un planeta del tamaño y la temperatura de Júpiter
orbitando una estrella similar a nuestro Sol, y a una distancia parecida de
ella. Con su estudio de microlentes y observaciones coronográficas, Roman
revelará nuevos detalles sobre la diversidad de sistemas planetarios, mostrando
cuán comunes pueden ser sistemas solares como el nuestro en toda la galaxia.
Se necesitarán
avances adicionales en la tecnología de coronógrafos para construir uno capaz
de detectar un planeta como la Tierra. La NASA está trabajando en un concepto
para dicha misión, denominada actualmente Observatorio de Mundos Habitables.
Más información
sobre ExEP y NExScI
El Programa de
Exploración de Exoplanetas (ExEP) de la NASA es responsable de implementar los
planes de la agencia para el descubrimiento y la comprensión de sistemas
planetarios alrededor de estrellas cercanas. Actúa como un punto de referencia
para la ciencia y la tecnología de exoplanetas e integra estrategias coherentes
para futuros descubrimientos. El centro de operaciones y análisis científico
del ExEP es NExScI, ubicado en IPAC, un centro de ciencia y datos para
astrofísica y ciencias planetarias en Caltech. El JPL es administrado por
Caltech para la NASA.
/
La
misión TESS de la NASA descubre un sistema planetario de una manera novedosa.
Por primera vez, la
misión TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA ha identificado
un planeta que orbita una estrella distante gracias a las ondulaciones del
espacio-tiempo. A diferencia de los planetas en tránsito que orbitan cerca de
su estrella y que TESS suele revelar, este mundo recién descubierto es un
super-Júpiter que orbita lejos de su estrella anfitriona.
“Cuando se lanzó
TESS, nadie esperaba que fuera capaz de encontrar este tipo de planeta”, afirmó
Diana Dragomir, profesora de la Universidad de Nuevo México en Albuquerque y
coautora de un artículo que describe los resultados. Con una masa 1,6 veces
mayor que la de Júpiter y una distancia orbital similar, sería extremadamente
improbable encontrar un planeta así mediante el método de detección principal
para el que se diseñó TESS. “El descubrimiento implica que probablemente
existan otros planetas de microlente gravitacional ocultos en los datos de TESS
que no habíamos considerado buscar”.
Este
concepto artístico visualiza Gaia23bra b, el primer planeta con efecto de
microlente gravitacional que orbita una estrella distante, descubierto por el
satélite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA. Este
super-Júpiter orbita una estrella enana naranja a una distancia similar a la de
Júpiter respecto al Sol.
Centro
de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA
En 2023, los
astrónomos detectaron el primer indicio del planeta, denominado Gaia23bra b,
utilizando el telescopio espacial Gaia de la ESA (Agencia Espacial Europea),
ahora fuera de servicio. El sistema de alerta de Gaia detectó una estrella que
aumentó su brillo, un fenómeno que puede ocurrir cuando una estrella cercana
pasa por delante de una más distante y magnifica su luz mediante el efecto de
microlente gravitacional.
Posteriormente, los
investigadores revisaron los datos archivados de TESS y descubrieron que TESS
también lo había detectado.
«Las observaciones
de Gaia fueron demasiado escasas para detectar el planeta», dijo Mallory
Harris, candidata a doctorado en la Universidad de Nuevo México, quien dirigió
el estudio. «Casualmente, la nave espacial TESS estaba monitoreando la misma
área del cielo durante el evento, y su cobertura temporal más densa mostró
características adicionales en la curva de luz causadas por un planeta».
El análisis del
equipo, publicado el 1 de julio en The
Astrophysical Journal Letters , reveló que
Gaia23bra b, que orbita una estrella enana naranja con aproximadamente el 80
por ciento de la masa del Sol, se encuentra a casi 40.000 años luz de la
Tierra, superando con creces el radio de búsqueda habitual de TESS, que es de
unos 150 años luz.
Introducción a la
microlente
De entre más deDe los 6000 exoplanetas
conocidos (mundos fuera de nuestro sistema solar),
aproximadamente tres cuartas partes fueron descubiertos mediante el método de
tránsito, la técnica típica de búsqueda de planetas de TESS. Los astrónomos
monitorean multitud de estrellas, buscando aquellas que se atenúan
periódicamente cuando planetas en órbita pasan frente a ellas, un evento
llamado tránsito.
Esta
animación ilustra el concepto de microlente gravitacional. Cuando una estrella
en el cielo (mostrada en el centro de la animación) parece pasar casi por
delante de otra (ubicada en el círculo punteado a la derecha) desde nuestra
perspectiva, los rayos de luz de la estrella de fondo se curvan debido a la
distorsión del espacio-tiempo alrededor de la estrella en primer plano. Esta
estrella actúa como una lupa virtual, amplificando el brillo de la estrella de
fondo y provocando que su posición parezca desplazarse ligeramente. Si la
estrella más cercana alberga un sistema planetario, estos planetas también
pueden actuar como lentes, produciendo cada uno una pequeña desviación en el
brillo de la fuente. Cuando los astrónomos encuentran planetas de esta manera,
pueden medir su masa y distancia orbital a su estrella anfitriona.
Centro
de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA/Laboratorio CI
El fenómeno de
microlente gravitacional ha revelado menos del 5 % de los exoplanetas
conocidos. Este fenómeno de curvatura de la luz ocurre cuando dos estrellas se
alinean muy cerca desde nuestra perspectiva. La luz de la estrella más distante
se curva al viajar a través del espacio-tiempo distorsionado por la masa de la
estrella más cercana.
Si la alineación es
especialmente precisa, la estrella más cercana actúa como una lente cósmica,
enfocando y magnificando la luz de la estrella de fondo. Los planetas que
orbitan la estrella en primer plano también pueden modificar la luz de la
estrella distante, actuando como pequeñas lentes. Los astrónomos observan este
efecto como un aumento repentino en el brillo de la estrella.
El método de
tránsito es el más eficaz para encontrar planetas grandes que orbitan muy cerca
de sus estrellas anfitrionas; los planetas grandes bloquean la mayor parte de
la luz estelar, mientras que los planetas cercanos tienen más probabilidades de
pasar por delante de la estrella. Estos mundos gigantescos y humeantes fascinan
a los científicos, pero los astrónomos también quieren encontrar planetas como
los de nuestro sistema solar. Esa es la especialidad de la microlente
gravitacional.
La microlente
gravitacional no es muy adecuada para encontrar planetas enormes y cercanos, ya
que sus señales gravitacionales simplemente se fusionarían.
“Los tránsitos y las
microlentes gravitacionales son complementarios porque cada uno revela una
categoría de planeta que el otro no podría detectar”, explicó Dragomir.
“Además, ofrecen información diferente. Los tránsitos nos dan el tamaño de un
planeta y, junto con otros métodos, podemos determinar su masa y densidad. Las
microlentes gravitacionales nos proporcionan las masas y las distancias
orbitales de planetas que de otro modo nunca veríamos”.
Este
gráfico destaca las áreas de búsqueda de tres misiones de búsqueda de planetas:
el futuro Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA, el Telescopio
Espacial Kepler (ya retirado) y el TESS (Satélite de Sondeo de Exoplanetas en
Tránsito) de la NASA. Si bien el TESS descubre planetas en tránsito dentro de
un radio de 150 años luz de la Tierra, recientemente detectó un planeta a unos
40 000 años luz de distancia (marcado con el símbolo de estrella) mediante
otro método llamado microlente gravitacional.
Centro
de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA
Pero las
observaciones de microlentes son oportunidades limitadas en el tiempo.
Esto dificulta las
observaciones detalladas de planetas con microlentes gravitacionales. Sin
embargo, el método puede ser una poderosa herramienta demográfica que ofrece
información general sobre las poblaciones planetarias.
“Esto es un poco
como un adelanto de la microlente de la NASA. El
telescopio espacial Nancy Grace Roman servirá”, dijo
Michael Fausnaugh, profesor de la Universidad Tecnológica de Texas en Lubbock y
coautor del estudio. Con su lanzamiento previsto para el 30 de agosto de 2026,
Roman observará el centro de la galaxia Vía Láctea durante una de sus
encuestas principales , que revela una estimación1.000
planetas con microlentes gravitacionales y alrededor de100.000
planetas en tránsito .
Roman se centrará
específicamente en el corazón de la galaxia porque allí las estrellas están muy
agrupadas, lo que aumenta las probabilidades de observar fenómenos de
microlente gravitacional. Si bien esa densidad haría que muchas estrellas se
fusionaran en los píxeles más grandes de TESS, TESS observa casi todo el cielo,
donde las estrellas están más dispersas.
«Dado que TESS
observa otras regiones del plano galáctico, puede encontrar planetas con
microlentes gravitacionales en otras partes de la galaxia, como lo demuestra
este primer sistema planetario con microlentes gravitacionales», dijo Dragomir.
«Eso significa que podría ayudarnos a estudiar planetas en regiones con
condiciones diferentes».
Esto podría tener
implicaciones para la búsqueda de mundos habitables. El bullicioso centro
galáctico está repleto de radiación proveniente de explosiones de supernovas
cada vez más frecuentes, lo que podría esterilizar planetas. Además, los
encuentros gravitacionales entre estrellas densamente agrupadas podrían
perturbar los sistemas planetarios. Las observaciones de TESS se centran en una
región más tranquila de la galaxia.
«La clave del
estudio de microlentes de Roman reside en su amplia cobertura temporal centrada
en el bulbo galáctico», afirmó Fausnaugh. «La misión TESS ofrece de forma única
estas observaciones rápidas de estrellas en otras partes de la galaxia, y la
combinación de ambas abre perspectivas para comprender la formación planetaria
en una población estelar diversa. Dado que las microlentes detectan planetas
similares a los del sistema solar, esto brinda una nueva oportunidad para
comprender cómo varían los sistemas planetarios como el nuestro en diferentes
regiones de la galaxia».
https://science.nasa.gov/missions/tess/nasas-tess-mission-finds-planetary-system-in-new-way/
Así
de pequeño es nuestro Sol frente a otras estrellas
Cuando
hablamos del Sol, solemos pensar en una esfera gigantesca e incandescente. Pero
en la escala del universo, es apenas un punto modesto. En esta imagen puedes
ver una comparación aproximada del tamaño de algunas estrellas reales, basada
en datos astronómicos verificados.
Estrellas
como Antares o Betelgeuse son tan grandes que podrían contener al Sol cientos
de veces dentro de su volumen. Son supergigantes rojas en etapas avanzadas de
su vida, con radios estimados de entre 700 y 1000 veces el del Sol.
Más
abajo aparecen estrellas como Rigel, una supergigante azul más caliente y
masiva, aunque menos expandida que las anteriores. También están Arcturo y
Pólux, gigantes naranjas varias veces más grandes que el Sol, y Sirius, la
estrella más brillante del cielo nocturno, que es apenas el doble de nuestro
astro en tamaño.
Esta
imagen no está a escala exacta, pero transmite una idea clara: el universo está
lleno de estrellas mucho más grandes que la nuestra. Lo que para nosotros
parece enorme, en el cosmos es solo una pequeña chispa más entre miles de
millones.
Telescopio
Webb de la NASA halla la evidencia más sólida hasta la fecha de ‘estrellas de
agujero negro’
Si bien el propósito
principal de las observaciones del cúmulo de galaxias Abell S1063 realizadas
por el telescopio espacial James Webb de la NASA era buscar una determinada
población de estrellas, los científicos obtuvieron un espectro detallado de
GLIMPSE-17775 a partir de ese conjunto de datos. Este pequeño punto rojo se
encuentra detrás de Abell S1063.
Credits: Imagen:
NASA, ESA, CSA, Vasily Kokorev (UT Austin); Procesamiento de imágenes: Alyssa
Pagan (STScI)
El complejo
rompecabezas conocido como pequeños puntos rojos se ha ido completando desde su
descubrimiento inicial en 2022 por parte del telescopio espacial James Webb de
la NASA. Ahora, el espectro de un pequeño punto rojo en particular está
ayudando a conectar muchas de las piezas.
Un equipo de
astrónomos dirigido por Vasily Kokorev, de la Universidad de Texas en Austin,
identificó el afortunado punto en cuestión: GLIMPSE-17775. Al analizar
cuidadosamente el espectro de este punto captado por Webb —el espectro más
profundo de un pequeño punto rojo que se haya obtenido hasta la fecha—, el
equipo de investigadores ha identificado múltiples líneas de evidencia que
respaldan la interpretación de que GLIMPSE-17775 es un agujero negro supermasivo
envuelto en un denso capullo de gas parcialmente ionizado; este modelo se
conoce como escenario BH* (estrella de agujero negro). Un artículo científico
que describe los resultados fue publicado el 10 de junio en The
Astrophysical Journal.
“Creo que parte de
la comunidad científica está convergiendo en una imagen única: que los pequeños
puntos rojos pueden explicarse mediante modelos de estrellas de agujero negro.
Pero ninguno de los pequeños puntos rojos observados anteriormente reúne toda
la evidencia en un mismo lugar”, dijo Kokorev, autor principal del estudio.
“Con GLIMPSE-17775 podemos poner a prueba estos modelos gracias a la gran
profundidad y maravillosa calidad del espectro de esta fuente”.
Imagen: Abell S1063
con una ampliación de GLIMPSE-17775 (imagen de NIRCam)
Poco después de que
Webb iniciara sus operaciones científicas, descubrió un nuevo tipo de objeto
misterioso en el universo
muy primitivo: abundantes objetos rojos que
surgieron unos 600 millones de años después del Big Bang. Los científicos
han explorado diversas explicaciones para estos pequeños puntos rojos,
incluyendo la hipótesis de las estrellas de agujero negro.
Un conjunto de
circunstancias afortunadas dio lugar a este nuevo y complejo espectro de un
pequeño punto rojo. Este pequeño punto rojo, que sería conocido como
GLIMPSE-17775, fue incluido por suerte entre las iniciativas de generación de
imágenes y espectroscopias de Webb para un proyecto cuyo objetivo era buscar
estrellas de Población III y galaxias tenues en el cúmulo de galaxias
Abell S1063. Dicho punto rojo se encuentra a mayor distancia que el cúmulo
de galaxias y se muestra ampliado gracias a un efecto de lente gravitacional.
(GLIMPSE-17775 tiene un desplazamiento al rojo cosmológico de 3,5, lo que
significa que existió unos 1.800 millones de años después del Big Bang).
Aunque Webb
proporcionó un espectro de 30 horas de observaciones del pequeño punto
rojo, el efecto de lente gravitacional hizo que este espectro equivaliera a
80 horas de tiempo de observación con el telescopio. Esta combinación de
la sensibilidad infrarroja de Webb y el efecto de “lupa” natural del espacio
mismo amplificó el nivel de detalles que se pudieron extraer de GLIMPSE-17775.
El resultado fue más de 40 líneas espectrales procedentes de esta pequeña
fuente roja, lo que constituye el espectro más detallado hasta la fecha de un
pequeño punto rojo.
“Cuando vimos el
espectro por primera vez, fue como tener todas las piezas de un rompecabezas,
esparcidas por el suelo”, dijo Kokorev. “Fuimos tomando cada pieza del
rompecabezas, medimos las líneas y comenzamos a combinar las diferentes piezas
para formar un mosaico. Tal vez al principio algunas piezas no parecían gran
cosa, pero luego un par de ellas encajaron y nos dimos cuenta de que allí había
algo”.
Los datos
espectroscópicos recopilados por Webb contienen múltiples líneas de evidencia
que respaldan la interpretación de que el pequeño punto rojo GLIMPSE-17775 es
una estrella de agujero negro: un agujero negro que acreta material, o se
agranda, rápidamente, envuelto en un denso capullo de gas, el cual reprocesa la
luz emitida desde las proximidades del agujero negro y produce las
características que se observan en el espectro.
Imagen: Evidencia de
una ‘estrella de agujero negro’
El telescopio
espacial James Webb de la NASA captó el espectro más profundo obtenido hasta la
fecha de un pequeño punto rojo. A partir de esos datos se han identificado más
de 40 líneas espectrales, muchas de las cuales respaldan individualmente
la teoría de que GLIMPSE-17775 es un agujero negro envuelto en un capullo de
gas caliente y denso.
Ilustración: NASA,
ESA, CSA, Vasily Kokorev (UT Austin); Diseño: Leah Hustak (STScI)
Líneas de evidencia
Entre las más de
40 líneas detectadas por el equipo de investigadores en el espectro de
GLIMPSE-17775, figuraban varios indicadores independientes que concuerdan con
el escenario BH*. Por ejemplo, el equipo halló que muchas de las líneas
espectrales—como las de hidrógeno, oxígeno y helio— no se ajustan a un modelo
simple de una nube de gas en rotación. En cambio, el modelo que mejor se ajusta
a los datos incluye un efecto de ensanchamiento conocido como dispersión de
electrones; esta es una señal reveladora de que esta fuente está envuelta en un
denso capullo de gas en capas.
La intensidad y las
proporciones relativas de ciertas líneas —en particular, las 16 líneas de
hierro que conforman lo que el equipo investigador ha denominado un “bosque de
hierro”, así como algunas líneas de oxígeno— requieren una fuente de gran energía
para su producción, tal como un agujero negro que acreta, o acumula, material
rápidamente. Asimismo, los astrónomos detectaron fluorescencia y absorción de
helio en el espectro; ambos fenómenos sugieren individualmente la presencia de
un medio denso que envuelve a una fuente poderosa.
El escenario BH* no
solo se ajusta a GLIMPSE-17775; también explica por qué la mayoría de los
pequeños puntos rojos son tenues al ser observados en rayos X, ya que es
probable que cualquier emisión de este tipo sea absorbida por el denso capullo
de gas.
Una pieza faltante
en el rompecabezas de GLIMPSE-17775 es la parte del espectro que revelaría lo
que se conoce como salto de Balmer, o discontinuidad de Balmer, una marcada
caída en la luz emitida que es una característica distintiva de los pequeños
puntos rojos. Para elaborar una comprensión más completa de este pequeño punto
rojo, el equipo incorporó datos suplementarios procedentes de dos programas de
observación que utilizaron el telescopio espacial Hubble de
la NASA: el programa Campos Fronterizos y el programa Observaciones Más Allá de
los Campos Fronterizos Ultraprofundos y de Legado (BUFFALO, por su acrónimo en
inglés).
Los datos combinados
de Webb y Hubble ayudan a explicar por qué el salto de Balmer es más débil de
lo que típicamente se encuentra en otros pequeños puntos rojos: GLIMPSE-17775
está rodeado por una galaxia anfitriona gigante. Aunque la presencia de una galaxia
anfitriona en un pequeño punto rojo no es algo que se haya observado
habitualmente a tal escala antes, este hecho no es incompatible con el modelo
del capullo de gas denso. El modelo de estrella de agujero negro de los
pequeños puntos rojos atribuye el exceso de luz azul a la luz proveniente de
las estrellas de la galaxia anfitriona.
Cuando Webb
descubrió por primera vez estos pequeños puntos rojos, algunos investigadores
pensaron que estos objetos habían “roto la cosmología”, pues no lograban
explicar cómo las galaxias podrían haber crecido tan rápido en el universo
primitivo como para explicar el origen de toda esa luz proveniente de sus
estrellas. Sin embargo, el equipo cree que la pieza del rompecabezas que
representa GLIMPSE-17775 encaja muy bien en el marco actual de la historia
evolutiva del universo, ya que las masas de los agujeros negros no necesitan
ser tan grandes para explicar las líneas de emisión anchas.
“Todo encaja, nada
está roto, y creo que eso hace que el rompecabezas que constituye nuestro
universo sea aún mejor”, dijo Kokorev. “De cara al futuro, estoy ansioso por
profundizar más y aprender qué impulsa los motores centrales de esos pequeños
puntos rojos. Aunque creemos que se trata de un agujero negro, se están
proponiendo otras teorías interesantes, lo cual resulta apasionante. Quizá
dentro de un año o dos tengamos la respuesta definitiva sobre lo que alimenta a
estas fuentes”.
El telescopio
espacial James Webb es el principal observatorio de ciencias espaciales del
mundo. Webb está resolviendo los misterios de nuestro sistema solar, viendo más
allá hacia mundos lejanos que orbitan otras estrellas y explorando las
misteriosas estructuras y los orígenes de nuestro universo, y nuestro lugar
dentro de él. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA en
colaboración con sus socios: la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA
(Agencia Espacial Canadiense).
Para obtener más
información sobre Webb, visita el sitio web:
https://ciencia.nasa.gov/webb/
Conceptos
básicos de estrellas
Los astrónomos
calculan que el universo podría contener hasta un septillón de estrellas, es
decir, un uno seguido de 24 ceros. Nuestra Vía Láctea, por sí sola, contiene
más de 100 mil millones, incluyendo nuestra estrella más estudiada, el Sol.
Las estrellas son
gigantescas esferas de gas caliente, compuestas principalmente de hidrógeno,
con algo de helio y pequeñas cantidades de otros elementos. Cada estrella tiene
su propio ciclo de vida, que oscila entre unos pocos millones y billones de años,
y sus propiedades cambian a medida que envejece.
Nacimiento
Las estrellas se
forman en grandes nubes de gas y polvo llamadas nubes moleculares. Estas nubes
tienen entre 1000 y 10 millones de veces la masa del Sol y pueden abarcar
cientos de años luz. Su frío provoca que el gas se agrupe, creando zonas de
alta densidad. Algunos de estos cúmulos pueden colisionar entre sí o acumular
más materia, fortaleciendo su fuerza gravitatoria a medida que aumenta su masa.
Finalmente, la gravedad provoca el colapso de algunos de estos cúmulos. Cuando
esto sucede, la fricción calienta el material, lo que da lugar al desarrollo de
una protoestrella: una estrella joven. Los grupos de estrellas que se han
formado recientemente a partir de nubes moleculares se denominan cúmulos
estelares, y las nubes moleculares repletas de cúmulos
estelares se conocen como viveros estelares.
El borde de una
región cercana de formación estelar llamada NGC 3324, ubicada en la esquina
noroeste de la Nebulosa de Carina, forma las "montañas" y los
"valles" que se extienden a lo largo de esta imagen capturada por el
Telescopio Espacial James Webb.
NASA, ESA, CSA y
STScI
Vida
Inicialmente, la
mayor parte de la energía de la protoestrella proviene del calor liberado
durante su colapso inicial. Tras millones de años, las enormes presiones y
temperaturas en el núcleo estelar comprimen los núcleos de los átomos de
hidrógeno para formar helio, un proceso denominado fusión nuclear. La fusión
nuclear libera energía, que calienta la estrella e impide que siga colapsando
bajo la fuerza de la gravedad.
Nuestro Sol, una
estrella de la secuencia principal, emite un fuerte destello solar en esta
imagen capturada por el Observatorio de Dinámica Solar de la NASA.
NASA/SDO
Los
astrónomos denominan estrellas de secuencia principal a aquellas que
experimentan de forma estable la fusión nuclear de hidrógeno en helio .
Esta es la fase más larga de la vida de una estrella. Durante esta fase, la
luminosidad, el tamaño y la temperatura de la estrella cambian gradualmente a
lo largo de millones o miles de millones de años. Nuestro Sol se encuentra
aproximadamente a la mitad de su etapa de secuencia principal.
El gas de una
estrella le proporciona su combustible, y su masa determina la rapidez con la
que consume dicho combustible: las estrellas de menor masa arden durante más
tiempo, con menor brillo y a menor temperatura que las estrellas muy masivas.
Las estrellas más masivas deben quemar combustible a un ritmo mayor para
generar la energía que les impide colapsar bajo su propio peso. Algunas
estrellas de baja masa brillarán durante billones de años —más tiempo del que
el universo lleva existiendo—, mientras que algunas estrellas masivas vivirán
solo unos pocos millones de años.
Muerte
Al comienzo del
final de la vida de una estrella, su núcleo se queda sin hidrógeno para
convertir en helio. La energía producida por la fusión crea presión en el
interior de la estrella, contrarrestando la tendencia de la gravedad a agrupar
la materia, por lo que el núcleo comienza a colapsar. Sin embargo, esta
compresión también aumenta su temperatura y presión, provocando que la estrella
se expanda lentamente. No obstante, los detalles de las últimas etapas de la
muerte de la estrella dependen en gran medida de su masa.
La atmósfera de una
estrella de baja masa se expandirá continuamente hasta convertirse en una
estrella subgigante o gigante, mientras que la fusión transforma el helio en
carbono en su núcleo. (Este será el destino de nuestro Sol dentro de miles de
millones de años). Algunas gigantes se vuelven inestables y pulsan, inflándose
y expulsando periódicamente parte de su atmósfera. Finalmente, todas las capas
exteriores de la estrella se dispersan, creando una nube en expansión de polvo
y gas llamada nebulosa planetaria.
La nebulosa Helix,
que se muestra en esta imagen, se encuentra a 650 años luz de distancia en la
constelación de Acuario. También conocida como NGC 7293, es un ejemplo típico
de nebulosa planetaria.
NASA/JPL-Caltech
De la estrella solo
queda su núcleo, ahora llamado enana blanca, una ceniza estelar de tamaño
similar a la Tierra que se enfría gradualmente a lo largo de miles de millones
de años.
Una estrella de gran
masa va más allá. La fusión convierte el carbono en elementos más pesados como el oxígeno, el neón y el magnesio, que servirán de combustible para el núcleo. En las estrellas más grandes, esta cadena continúa hasta que el silicio se fusiona en
hierro. Estos procesos generan energía que impide el colapso del núcleo, pero cada nuevo combustible le
da menos tiempo. Todo el proceso dura apenas unos millones de años. Para cuando el silicio se fusiona
en hierro, la estrella se queda sin combustible en cuestión de días. El
siguiente paso sería fusionar el hierro en algún elemento más pesado, pero esto
requiere energía en lugar de liberarla.
Los restos de una
supernova observada en 1572, estudiada en particular por el astrónomo danés
Tycho Brahe, se encuentran a unos 13 000 años luz de distancia en la
constelación de Casiopea. En esta imagen compuesta, se han combinado datos del
Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA con una imagen óptica de estrellas
en la misma zona.
Rayos X:
NASA/CXC/RIKEN & GSFC/T. Sato y otros; Óptico: DSS
El núcleo de hierro
de la estrella colapsa hasta que las fuerzas entre los núcleos lo frenan,
momento en el que rebota. Este cambio crea una onda expansiva que se propaga
hacia afuera a través de la estrella. El resultado es una enorme explosión
llamada supernova. El núcleo sobrevive como un remanente increíblemente denso,
ya sea una estrella
de neutrones o un agujero negro .
El material
expulsado al cosmos por las supernovas y otros eventos estelares enriquecerá
las futuras nubes moleculares y se incorporará a la próxima generación de
estrellas.
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