CoRoT descubre una rica variedad de nuevos exoplanetas

Detectando la débil atenuación de la luz emitida por las estrellas durante un evento de tránsito, CoRoT ha detectado seis nuevos exoplanetas y una enana marrón. Uno de estos exoplanetas, designado como CoRoT-11b, tiene el doble de masa de Júpiter y orbita a una estrella de giro rápido; este tipo de estrella es un objetivo extremadamente difícil para las búsquedas de exoplanetas y su detección marca un logro significativo para el equipo de CoRoT.

La nave espacial CoRoT.

Para detectar planetas que orbitan otros soles, el satélite CoRoT, manejado por el CNES (la agencia espacial francesa), observa un gran número de estrellas a lo largo de un periodo de tiempo significativo, intentando observar una sutil bajada en su luminosidad: esta 'atenuación' podría ser una señal de que la estrella alberga un planeta, el cual transita frente a la misma oscureciendo parcialmente su luz. Esta técnica de tránsito es uno de los distintos métodos usados para la búsqueda de exoplanetas pero es el único que permite a los astrónomos determinar el radio de los mismos (midiendo la profundidad del tránsito).

Otras configuraciones geométricas de un sistema estelar, por ejemplo la presencia de una o más estrellas compañeras, sin embargo, pueden imitar la presencia de un planeta. Por esta razón son necesarias observaciones de seguimiento para confirmar la naturaleza planetaria del cuerpo en tránsito. Alertados por la detección de CoRoT de una estrella candidata a albergar planetas, algunos de los observatorios terrestres más destacados recopilan imágenes en alta resolución y espectros, proporcionando una gran cantidad de información adicional.

En particular, los astrónomos buscan un desplazamiento Doppler en el espectro estelar, destacando el periódico 'bamboleo' de la estrella en el sistema de dos cuerpos. A partir de la amplitud de este bamboleo, es posible estimar la masa del cuerpo en tránsito y, por consiguiente, determinar si es o no un planeta. Una vez se conocen la masa y el radio, puede derivarse la densidad media del planeta, un factor clave para distinguir entre los planetas gigantes gaseosos y los rocosos terrestres. El descubrimiento de estos seis nuevos exoplanetas añade una variedad al gran número de exoplanetas que se han detectado hasta la fecha.

"Con la adición de este nuevo lote, el número de exoplanetas descubiertos por CoRoT ha subido a 15", dice Magali Deleuil del Laboratorio de Astrofísica de Marsella, Directora del Programa de Exoplanetas CoRoT. "El incremento de tamaño en el censo, que incluye objetos de características muy diversas, es de vital importancia para una mejor comprensión de otros sistemas planetarios aparte del nuestro", añade.

Los nuevos descubrimientos exhiben una amplia variedad de propiedades físicas, extendiéndose a lo largo de un amplio rango de tamaños y masas: el menor de la muestra, CoRoT-8b, tiene aproximadamente el 70% del tamaño y masa de Saturno, mientras que CoRoT-10b, CoRoT-11b, CoRoT-12b, CoRoT-13b y CoRoT-14b son mayores, perteneciendo a la clase de los objetos conocidos como 'Júpiter calientes'. CoRoT-15b, con una masa de 60 veces la de Júpiter, es una enana marrón, un objeto intermedio entre una estrella y un planeta. Además de esto, se exhiben otras peculiaridades en este heterogéneo conjunto de planetas: CoRoT-10b tiene una órbita extremadamente excéntrica, lo que da como resultado una gran variación de la temperatura superficial a lo largo del año, y la estrella madre de CoRoT-11b gira alrededor de su eje a un ritmo extraordinariamente alto.

"La rica diversidad que surge a partir de esta muestra es un resultado muy interesante, demostrando la capacidad de CoRoT para detectar exoplanetas que son muy distintos entre sí", comenta Malcolm Fridlund, Científico del Proyecto CoRoT para la ESA. "Ser capaz de estudiar una amplia variedad de planetas nos proporcionará una importante visión de la formación y evolución de los sistemas planetarios", añade.

Uno de los planetas, CoRoT-11b, se destaca del grupo de seis debido a la velocidad de rotación de CoRot-11, su estrella madre, la cual gira alrededor de su eje en menos de dos días, una velocidad excepcionalmente alta, comparado con el periodo de rotación del Sol de aproximadamente 26 días.

"Este es el tercer exoplaneta descubierto alrededor de una estrella de giro tan veloz", señala Davide Gandolfi, Miembro Investigador de ESA que lideró el estudio de CoRoT-11b. "Debido a la rápida rotación de su estrella madre, tal planeta sólo podría haber sido descubierto debido a un tránsito frente a ella, por lo que sólo un buscador de tránsitos como CoRoT, podrían haberlo descubierto", añade.

La búsqueda de desplazamientos Doppler en los espectros de las estrellas, que representan otro prolífico método de detección de exoplanetas, está sesgado en contra de los planetas que orbitan estrellas de giro rápido, dado que la alta velocidad rotacional de la estrella hace que sea extremadamente difícil lograr medidas Doppler de alta precisión, y por tanto detectar la diminuta firma de la presencia del planeta. "Si hubiese sido incluido como posible candidato a exoplaneta durante tal campaña, CoRoT-11b habría sido rechazado debido al intenso esfuerzo observacional necesario para lograr la precisión requerida", explica Gandolfi.

La familia de exoplanetas CoRoT.

En lugar de esto, el objeto fue observado primero por CoRoT, y luego fue sujeto de unas extensivas observaciones de seguimiento fotométricas y espectroscópicas por todo el mundo, usando el Telescopio Suizo Leonhard Euler de 1,2 m en el Observatorio de La Silla de ESO y el telescopio TEST de 30 cm en Thüringer Landessternwarte Tautenburg, así como un número de espectrógrafos de primer nivel (HARPS en el Observatorio de La Silla de ESO, SOPHIE en el Observatorio Haute-Provence, UVES en el Telescopio Muy Grande de ESO y HIRES en el Observatorio Keck), y el espectrógrafo de alta y baja resolución también en Tautenburg, Alemania. Gracias a la combinación de estos excepcionales datos, fue posible estimar la masa de CoRoT-11b, la cual es aproximadamente el doble de la masa de Júpiter, y su radio, que es aproximadamente 1,4 veces el de Júpiter, confirmando de este modo su naturaleza planetaria.

"Este resultado anticipa lo que puede lograrse mediante futuras misiones espaciales de búsqueda de exoplanetas", dice Fridlund. CoRoT es, de hecho, un precursor de PLATO, una misión candidata de Cosmic Vision que buscará tránsitos planetarios a lo largo de una muestra de estrellas mucho mayor (el tamaño de la muestra es un factor importante determinando el número de planetas que pueden descubrirse). Este incremento significativo del tamaño de la muestra es posible debido al gran campo de visión de PLATO, el cual a su vez depende del uso combinado de 34 telescopios pequeños. Además, PLATO estudiará estrellas más brillantes que las observadas por CoRoT, haciendo posible determinar la edad de las estrellas que albergan planetas a través de medidas de asterosismología. Esto, en combinación con las tremendas mejoras en la precisión de la estimación de masas y tamaños de exoplanetas que se espera para PLATO, proporcionará un importante avance en la búsqueda de comprender las condiciones que favorecen la formación de planetas similares a la Tierra.

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Examinan al primer exoplaneta templado

Combinando observaciones del satélite CoRoT y del instrumento HARPS, los astrónomos han descubierto el primer planeta "normal" fuera del Sistema Solar que puede ser estudiado en gran detalle. El planeta, designado Corot-9b, pasa regularmente frente a una estrella similar al Sol ubicada a 1.500 años-luz de distancia de la Tierra hacia la constelación de la Serpiente.

"Este es un exoplaneta templado normal, tal como docenas de otros que ya conocemos, pero éste es el primero al que podemos estudiar sus propiedades en profundidad", dice Claire Moutou, quien es parte del equipo internacional de 60 astrónomos que realizó el descubrimiento. "De seguro se convertirá en la piedra Rosetta en el estudio de exoplanetas".

"Corot-9b es el primer exoplaneta que realmente se parece a planetas de nuestro sistema solar", agrega el autor principal Hans Deeg. "Posee el tamaño de Júpiter y una órbita similar a la de Mercurio".

"Tal como nuestros planetas gigantes, Júpiter y Saturno, el planeta está formado principalmente de hidrógeno y helio", señala Tristan Guillot, miembro del equipo, "y podría contener más de 20 masas terrestres de otros elementos, incluyendo agua y roca a altas temperaturas y presiones".

Corot-9b, visto desde la Tierra, pasa frente a su estrella madre cada 95 días. Este tránsito dura cerca de 8 horas y provee a los astrónomos de mucha información adicional sobre el planeta. Esto es afortunado pues el gigante de gas comparte varias características con la mayoría de los exoplanetas descubiertos hasta ahora.

"Nuestro análisis ha proporcionado más información sobre Corot-9b que de otros exoplanetas del mismo tipo", dice el co-autor Didier Queloz. "Podría abrir un nuevo campo de estudio para comprender las atmósferas de planetas con temperaturas moderadas -y bajas-, y en especial, convertirse en una ventana completamente nueva en nuestra comprensión de la química de baja temperatura".

Más de 400 exoplanetas o planetas ubicados fuera del Sistema Solar han sido descubiertos hasta ahora, 70 de ellos a través del método de tránsito. Corot-9b es especial en el sentido de que su distancia de su estrella madre es cerca de diez veces mayor que cualquier otro planeta antes descubierto con este método. Y a diferencia de todos dichos exoplanetas, éste posee un clima templado. La temperatura de su superficie gaseosa se estima entre 160 grados y menos veinte grados Celsius, con variaciones mínimas entre el día y la noche. El valor exacto depende de la posible presencia de una capa de nubes altamente reflectante.

El satélite CoRoT (Convección, Rotación y Tránsito), operado por la agencia espacial francesa CNES, identificó el planeta después de 145 días de observaciones durante el verano de 2008. Tales observaciones se realizaron con el exitoso buscador de exoplanetas de ESO -el instrumento HARPS instalado en el telescopio de 3,6 metros de ESO en La Silla, Chile- y permitieron a los astrónomos medir su masa, confirmando que Corot-9b es efectivamente un exoplaneta, con una masa equivalente a cerca del 80% la de Júpiter.

Este hallazgo está siendo publicado en la edición de esta semana de la revista Nature.

Video: Esta animación muestra la impresión artística del planeta en tránsito Corot-9b. La primera secuencia muestra al planeta orbitando su estrella madre, mientras la segunda destaca el tránsito del planeta.

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Corot seguirá buscando planetas otros tres años

La agencia espacial francesa (CNES, por sus siglas en francés) ha ampliado a tres años más, tras pactar con sus socios nacionales, la misión del satélite de observación Corot, en el que participan la ESA y la entidad gala, que en un principio iba a 'jubilar' en diciembre, según anunció la empresa Thales Alenia Space.

Este telescopio espacial está destinado a la búsqueda y detección de planetas extrasolares -fuera del Sistema Solar- y al estudio del interior de las estrellas a través del método de la Astrosismología.

El vehículo fue lanzado el 27 de diciembre de 2006 para una misión estimada inicialmente en tres años. En opinión del director general de Programas de Observación Óptica y Ciencia de Thales Alenia Space, Patrick Maute, el satélite Corot aporta un grado de precisión fotométrica que nunca antes había sido alcanzado por ninguna otra nave espacial.

Así, esta misión fue propuesta inicialmente por CNES en 1996. En 1999 se hizo pública una convocatoria para buscar potenciales socios europeos. En 2000 CNES dio luz verde a la construcción del satélite, y en este momento lidera la misión. Sus socios internacionales son la ESA, Alemania, Austria, Bélgica, Brasil y España.

Concretamente, CNES es responsable del sistema en su conjunto y del contrato de lanzamiento con la compañía franco-rusa "Starsem", que proporciona el servicio de lanzamiento con una nave Soyuz.

COROT es el acrónimo de "Convección, Rotación y Tránsitos planetarios". El nombre describe los objetivos científicos de la misión. 'Convección y rotación' se refieren a la capacidad del satélite de explorar el interior de las estrellas estudiando las ondas acústicas que atraviesan la superficie de las estrellas, una técnica llamada Astrosismología.

'Tránsito' es la técnica que permite inferir la presencia de un planeta a partir del debilitamiento en la luz de la estrella (ver imagen superior) que se produce cuando el planeta pasa frente al astro. Para cumplir su doble objetivo científico COROT tenía previsto vigilar hasta diciembre de 2009 unas 120.000 estrellas con su telescopio de 30 centímetros, informó la ESA. Con la ampliación de su periodo de exploración, Corot estudiará más planetas y estrellas fuera del Sistema Solar.

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Lluvia de piedras en un planeta

Aquí, en la Tierra, sabemos de lluvias de ranas y peces, de granizos del tamaño de puños y de otros fenómenos meteorológicos extraños, pero el clima en un planeta extrasolar puede ser bastante más duro. En Corot-7b, el mundo 'gemelo' de la Tierra dado a conocer por los astronómos en Barcelona hace tan solo unos días, llueven piedras.

Corot-7b, llamado así por el telescopio espacial con el que se descubrió, se encuentra a unos 400 años luz y es, según los científicos, "el primer planeta del tamaño de la Tierra que podemos decir que se parece al nuestro". Aun así, hay diferencias considerables que le impiden albergar buenas concidiones para la vida, ya que se encuentra a muy poca distancia de su estrella y, por eso mismo, soporta temperaturas que, según los cálculos, rondan los mil grados centígrados.

El infierno es aún mayor en la cara del planeta que siempre mira su estrella (de la misma forma que la Luna, atrapada por el campo de gravedad de la Tierra, nos da siempre la misma cara). Allí, se superan los 2.300 grados, una temperatura que, aunque parezca increíble, vaporiza las rocas.

A diferencia de la Tierra, Corot-7b no tiene gases volátiles (dióxido de carbono, vapor de agua o nitrógeno) en su atmósfera. "El ambiente se ha producido a partir de vapor de derivados de silicatos caliente fundidos en un mar de lava", explica Bruce Fegley Jr, de la Universidad de Washington en Saint Louis. Para averiguar el pronóstico del tiempo en el exoplaneta, Fegley y sus colegas realizaron un modelo experimental.

De esta forma, comprobaron cómo 'un frente de guijarros' se condensa en el aire. "El sodio, el potasio, el monóxido de silicio y el oxígeno constituyen la mayor parte de la atmósfera de Corot, pero también hay elementos encontrados en las rocas como magnesio, aluminio, calcio o hierro". El resultado es que se forman 'nubes de rocas' y 'llueven piedritas'.

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Primera evidencia sólida de un exoplaneta rocoso

La más larga serie de mediciones realizadas con HARPS ha establecido la naturaleza del exoplaneta más pequeño y de órbita más corta que se conozca, CoRoT-7b, revelando que su masa es cinco veces la de la Tierra. Al combinar dicha información con el radio de CoRoT-7b, que es menor a dos veces el de nuestro hogar terrenal, sabemos que la densidad del exoplaneta es bastante similar a la de la Tierra, sugiriendo un mundo sólido y rocoso. La extensa serie de datos también revela la presencia de otra súper Tierra en este extraño sistema solar.

"Esto es excelente ciencia de la forma más emocionante y sorprendente", dice Didier Queloz, líder del equipo que hizo las observaciones. "Hicimos todo lo posible para saber cómo se ve el objeto descubierto por el satélite CoRoT y encontramos un sistema único."

En febrero de 2009, se anunció que el satélite CoRoT había descubierto un pequeño exoplaneta alrededor de una estrella bastante poco excepcional llamada TYC 4799-1733-1. El anuncio se hizo un año después de la detección y después de varios meses de cuidadosas mediciones con muchos telescopios terrestres. La estrella, ahora conocida como CoRoT-7, está ubicada hacia la constelación de Monoceros (el Unicornio) a unos 500 años-luz de distancia. Levemente más pequeña y más fría que nuestro Sol, también se piensa que CoRoT-7 es más joven, con una edad de unos 1.500 millones de años.

Cada 20,4 horas y durante poco más de 60 minutos cada vez, el planeta transita en frente de la estrella, eclipsando una tresmilésima parte de su luz^[1]. Este planeta, designado como CoRoT-7b, está a sólo 2,5 millones de kilómetros de distancia de su estrella madre, o 23 veces más cerca que la distancia de Mercurio al Sol. Tiene un radio alrededor de un 80% mayor que el de la Tierra.

La serie inicial de mediciones, sin embargo, no pudo entregar la masa del exoplaneta. Tal resultado requiere mediciones extremadamente precisas de la velocidad de la estrella, que es jalada un poco por el tirón gravitacional del exoplaneta que la orbita. El problema en el caso de CoRoT-7b es que estas débiles señales se llegan a confundir con las manchas producidas por la actividad estelar y que consisten en regiones más frías en la superficie de la estrella. Por lo tanto, la señal principal está ligada a la rotación de la estrella, que hace una revolución completa en unos 23 días.

Para obtener una respuesta, los astrónomos tuvieron que recurrir al mejor dispositivo de búsqueda de exoplanetas en el mundo, el High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS o Buscador de Planetas por Velocidad Radial de Alta Precisión), espectrógrafo instalado en el telescopio de 3,6 metros de ESO en el Observatorio La Silla en Chile.

"A pesar de que HARPS es seguramente imbatible a la hora de detectar pequeños exoplanetas, las mediciones de CoRoT-7b resultaron ser tan demandantes que tuvimos que juntar 70 horas de observaciones de la estrella," dice el co-autor François Bouchy.

HARPS cumplió, permitiendo a los astrónomos extraer la señal de las 20,4 horas de los datos. Esta cantidad los llevó a inferir que CoRoT-7b tiene una masa de unas cinco veces la masa de la Tierra, ubicándolo en la rara compañía de uno de los exoplanetas más livianos encontrado hasta ahora.

"Puesto que la órbita del planeta está alineada de modo que lo vemos cruzando la cara de su estrella madre -se dice que está transitando- podemos medir, y no sólo inferir, la masa del exoplaneta, que es la más pequeña que ha sido medida con precisión en exoplanetas^[2]", dice Claire Moutou, miembro del equipo. "Más aún, como tenemos tanto el radio como la masa, podemos determinar la densidad y tener una idea más clara de la estructura interna de este planeta".

Con una masa mucho más cercana a la de la Tierra que, por ejemplo, las 17 masas Tierra del gigante helado Neptuno, CoRoT-7b pertenece a una categoría de exoplanetas "súper Tierra". Alrededor de una docena de estos cuerpos han sido detectados, a pesar de que en el caso de CoRoT-7b, esta es la primera vez que ha sido medida la densidad de un exoplaneta tan pequeño. La densidad calculada es cercana a la de la Tierra, sugiriendo que la composición del planeta es similarmente rocosa.

"CoRoT-7b resultó una proeza de mediciones astronómicas. Las soberbias curvas de luz del telescopio espacial CoRoT nos proporcionaron las mejores mediciones de radio, y HARPS, las mejores mediciones de masa para un exoplaneta. Ambas fueron necesarias para descubrir un planeta rocoso con la misma densidad de la Tierra," dice Artie Hatzes.

CoRoT-7b se gana otra distinción como el exoplaneta más cercano a su estrella madre que se conozca, lo que también lo convierte en el más rápido: orbita su estrella a una velocidad de más de 750.000 kilómetros por hora, más de siete veces más rápido que el movimiento de la Tierra en torno al Sol. "De hecho, CoRoT-7b está tan cerca que el lugar bien puede verse como el Infierno de Dante, con una temperatura probable en su 'cara-diurna' sobre los 2.000 grados y menos 200 grados en su cara nocturna. Los modelos teóricos sugieren que el planeta puede tener lava u océanos hirvientes en su superficie. Con condiciones tan extremas este planeta definitivamente no es un lugar para que se desarrolle vida", dice Queloz.

Como un testimonio adicional a la sublime precisión de HARPS, los astrónomos encontraron en sus informaciones que CoRoT-7b alberga a otro exoplaneta un poco más lejano que CoRoT-7b. Designado como CoRoT-7c, circula en torno a su estrella madre en 3 días y 17 horas y tiene una masa de unas ocho veces la de la Tierra, de modo que también clasificó como una súper Tierra. A diferencia de CoRoT-7b, este mundo hermano no pasa frente a su estrella visto desde la Tierra, de modo que los astrónomos no pueden medir su radio y, por lo tanto, su densidad.

Dados estos hallazgos, CoRoT-7 aparece como la primera estrella conocida que tiene un sistema planetario compuesto por dos súper Tierras de corto período, una de las cuales transita a su estrella madre.

Notas:
[1] Vemos exactamente el mismo efecto en nuestro Sistema Solar cuando Mercurio o Venus transitan el disco solar, tal como Venus hizo el 8 de junio de 2004. En los siglos pasados tales eventos fueron usados para estimar la distancia Sol-Tierra, con implicaciones extremadamente útiles para la astrofísica y mecánica celestial.
[2] Gliese 581e, también descubierto con HARPS, tiene una masa mínima de alrededor del doble de la masa de la Tierra, pero la geometría exacta de la órbita no está definida, haciendo que su masa real sea desconocida. En el caso de CoRoT-7b, como el planeta está transitando, la geometría está bien definida, permitiendo a los astrónomos medir la masa del planeta con precisión.

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