Hubble investiga la estructura “Layer-Cake” de mundos alienígenas

Atmósfera inflada de un planeta gigante gaseoso “abrazado” a su estrella – Esta ilustración artística , muestra un planeta extrasolar orbitando muy de cerca de su estrella anfitrión. El planeta, designado como HD 209458b, tiene aproximadamente el tamaño de Júpiter. Al contrario que Júpiter, el planeta es tan caliente que su atmósfera está “hinchada”. La luz de la estrella calienta la atmósfera del planeta, causando que el calor escape al espacio en forma similar al vapor de una caldera. HD 209458b completa una órbita cada 3,5 días. El Telescopio Espacial Hubble no pido fotografiar el planeta de forma directa debido a que está demasiado cerca de la estrella. Los astrónomos usaron el Hubble para analizar la luz de la estrella a través que se filtraba a través de la atmósfera del planeta. Impreso en la luz venía información sobre la estructura de la atmósfera y su composición química.
(Crédito: NASA, ESA y G. Bacon of StScI)

La potente visión del Telescopio Espacial Hubble de NASA ha permitido a los astrónomos estudiar por primera vez la estructura “layer-cake” [1] de la atmósfera de un planeta que orbita otra estrella. Hubble descubrió una densa capa superior de gas hidrógeno caliente en el lugar en que la atmósfera del planeta se vierte al espacio.

El planeta, designado como HD 209458b, es distinto a cualquier mundo de nuestro Sistema Solar. Su órbita es tan cercana a su estrella y es tan caliente que su gas fluye hacia el espacio, haciendo que el planeta parezca tener una cola similar a la de los cometas. Esta nueva investigación revela la capa de la atmósfera superior del planeta donde el gas se calienta tanto que escapa como el vapor de una caldera.

“La capa que hemos estudiado es en realidad una zona de transición donde la temperatura sube como un cohete desde 1340 grados Fahrenheit (1000 Kelvin) a unos 25 540 grados (15 000 Kelvin), lo cual es más caliente que el Sol”, dijo Gilda Ballester de la Universidad de Arizona en Tucson, jefe del grupo de investigación. “Con esta detección vemos los detalles de cómo un planeta pierde su atmósfera”.

Los hallazgos de Ballester, David K. Sing, de la Universidad de Arizona y el Instituto de Astrofísica de París, y Floyd Herbert de la Universidad de Arizona aparecerán el 1 de febrero en una carta en la revista Nature.

Una intensa radiación ultravioleta proveniente de la estrella anfitrión caliente el gas de la atmósfera superior, inflando la atmósfera como un globo. El gas está tan caliente que se mueve muy rápido y escapa del tirón gravitatorio del planeta a una razón del 10 000 toneladas por segundo, más de tres veces la razón del agua que fluye por las Cataratas del Niágara.

La estrella de tipo solar, HD 209458, y su planeta de tipo “Júpiter caliente” en tránsito se muestran en luz violeta simulada. Como se muestra en esta ilustración, la estrella aparecería como un disco púrpura con limbo oscuro si lo vemos en luz violeta y cercana al ultravioleta. La densa y recientemente detectada, estrecha capa de átomos de hidrógeno caliente está representada por el anillo de absorción oscuro que rodea al opaco disco planetario. La masa de átomos de hidrógeno en la atmósfera superior, la cual forma una extensa nube y una cola similar a la de un cometa, se muestra en blanco. La capa de absorción se dibujó al doble de la altitud y diez veces más gruesa para que sea más fácilmente visible en la ilustración, el resto ha sido dibujado a escala. (rédito artísticot: Loretta McKibben, UA Lunar and Planetary Lab).

El planeta, sin embargo, no se marchitará en un tiempo cercano. Los astrónomos estiman que su tiempo de vida es de más de 5 mil millones de años. El chamuscado planeta es una versón muy hinchada de Júpiter. De hecho, es llamado un “Júpiter caliente”, un gran planeta gaseoso orbitando muy cerca de su estrella padre. Júpiter podría incluso ser como HD 209458b si estuviese cerca del Sol, dice Ballester.

El planeta completa una órbita alrededor de su estrella cada 3,5 días. Orbita a 7,5 millones de kilómetros de su anfitrión, 20 veces más cercano de lo que está la Tierra del Sol. En comparación, Mercurio, el planeta más cercano a nuestro Sol, está 10 veces más lejos del Sol que de lo que HD 209458b está de su estrella. Al contrario que HD 209458b, Mercurio es una pequeña bola de hierro con una corteza rocosa.

“La atmósfera extrema de este planeta podría dar pistas sobre las atmósferas de otros Júpiter calientes”, dijo Ballester.

Aunque HD 209458b no tiene un gemelo en nuestro Sistema Solar, tiene muchos parientes más allá de nuestro Sistema Solar. Alrededor de un 10 a un 15 por ciento de los más de 200 planetas extrasolares conocidos son del tipo Júpiter calientes. Una reciente investigación del Hubble encontró 16 candidatos a Júpiter calientes en la región central de nuestra Galaxia de la Vía Láctea, sugiriendo que pude haber miles de millones de estos gigantes gaseosos abrazados a estrellas en nuestra galaxia.

HD 209458b es uno de los planetas extrasolares más intensamente estudiado debido a que es uno de los pocos mundos alienígenas conocidos que puede ser visto pasando frente a nosotros, o transitando, su estrella, provocando que la estrella brille de forma ligeramente más tenue. De hecho, el gigante gaseoso es el primero de estos mundos alienígenas descubierto transitando su estrella. HD 209458b está a 150 años luz de la Tierra en la constelación de Pegaso.

Los tránsitos permiten a los astrónomos analizar la estructura y composición química de la atmósfera de los gigantes gaseosos analizando la luz de la estrella que pasa a través de la atmósfera del planeta. El efecto es similar a encontrar huellas en una ventana observando la luz solar que si filtra a través del cristal.

Anteriores observaciones del Hubble revelaron oxígeno, carbono y sodio en la atmósfera del planeta, así como una enorme atmósfera superior de hidrógeno con una cola similar a los cometas. Estos estudios de referencia proporcionaron la primera detección de la composición química de la atmósfera de un planeta extrasolar. Observaciones adicionales del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA capturó el brillo infrarrojo de la caliente atmósfera del planeta.

El nuevo estudio de Ballester y su equipo está basado en un análisis de observaciones de archivo realizadas en 2003 con la Cámara Espectrógrafo del Telescopio Espacial Hubble por David Charbonneau del Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica en Cambridge, Mass. El equipo de Ballester analizó el espectro de los átomos de hidrógeno caliente en la atmósfera superior del planeta, una región no estudiada por el grupo de Charbonneau.


[1] Layer-Cake: Estructura similar a la de un pastel, con distintas capas unidas por relleno.

Autores: Donna Weaver/Ray Villard

Fecha Original: 2007-02-01

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