Detectando planetas a través de la Química de sus estrellas

La búsqueda de planetas extrasolares se ha convertido en uno de los campos de investigación más activos en astronomía en los últimos años.

El uso de diferentes métodos de detección es muy necesario, ya que además de detectar el planeta, hay que confirmar su existencia real para asegurarnos de que no se trata de una señal falsa. Esto es especialmente importante cuando se usa el método de la velocidad radial.

Sin embargo, si hay algo que en Astronomía y en Astrofísica se utiliza con mucha frecuencia, y es muy conocido y útil, es la espectroscopía, es decir, estudiar los espectros de las estrellas para averiguar su composición química y la abundancia de cada uno de los elementos químicos que la forman.

La espectroscopía podría convertirse en una técnica importante para la búsqueda de vida extraterrestre, pero también puede llegar a ser útil en la búsqueda de planetas extrasolares.

Los planetas se forman a partir de la misma nube de gas en la que se forman las estrellas. Estas nubes están principalmente formadas por hidrógeno y helio, pero también por elementos químicos más pesados.

Cuando los planetas se empiezan a formar incorporan los elementos más pesados en su interior dejando los gases más ligeros libres para que se incorporen a la estrella en las fases más tardías de la evolución. Esto hace que las estrellas formadas tengan un déficit de elementos pesados que no tendrían en caso de no tener planetas a su alrededor.

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Elementos deficitarios en el Sol debido, probablemente a los planetas rocosos interiores

Una de las estrellas que mejor conocemos químicamente es nuestro Sol. Podríamos utilizarlo para compararlo con otras estrellas y ver si detectando su composición química podemos averiguar si hay una deficiencia de elementos pesados al igual que en el Sol que nos permita decir si hay planetas o no.

El problema es que no todas las estrellas son como el Sol, y sólo se podría usar este método para estrellas de tipo Solar.

Por suerte, el Sol es una estrella atípica en el sentido de que está sola. La mayoría de las estrellas están ligadas gravitacionalmente a otras estrellas formando sistemas múltiples, principalmente binarios.

En los sistemas binarios, ambas estrellas se formaron en la misma nube, por lo que es de esperar que ambas tengan aproximadamente el mismo patrón de abundancias de elementos químicos. Si además, las dos estrellas son gemelas, es decir, tienen los mismos parámetros estelares (tamaño, temperatura, etc), un análisis detallado de sus espectros puede ayudar a determinar pequeñas diferencias en su composición que pudieran ser debidas a la formación de planetas a su alrededor, es decir planetas que podrían haber incorporado parte del material de la nube generando un déficit de elementos pesados en una de las dos estrellas.

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Diferencia de abundancias frente a la temperatura de condensación en el sistema 16 Cyg

Otra situación interesante se puede dar debido a la gravedad. Un planeta que debido a inestabilidades en su órbita cae hacia su estrella y termina siendo engullido por esta. En este caso, la composición química del planeta, con todos sus elementos más pesados, terminarían formando parte de la estrella alterando la composición química de la atmósfera estelar. Pongamos como ejemplo estrellas de tipo solar. Estas estrellas según van evolucionando empiezan a tener un déficit de Litio en su composición. Un planeta que hubiera incorporado litio en su formación, y que fuera engullido por su estrella, cedería todo ese Litio a la estrella y por lo tanto aparecería litio en su espectro cuando, en el caso de que no existiera ningún planeta, no debería haber.

De momento las evidencias de que este método de detección de planetas sea fiable son pocas. Se han estudiado casos como los del sistema binario 16 Cyg o HIP 11915, pero todavía no se han detectado anomalías en las abundancias de elementos químicos que impliquen evidencias. Por ello hay que seguir estudiando estrellas con planetas confirmados y realizar estudios de precisión que puedan ayudar, no sólo a detectar planetas sino también a entender mejor la formación estelar y planetaria.

Referencias:

Meléndez, I. Ramirez. Planet signatures in the chemical composition of Sun-like stars. arXiv:1611.04064v1 [astro-ph.EP]. 13 Nov 2016

El viaje

Hace tanto tiempo ya…

No recuerdo cuando nací. Mis recuerdos son borrosos. A veces me vienen imágenes de mi pasado, pero no logro asignarles un momento o un lugar concreto. Era un lugar muy caliente, demasiado caliente. Y había mucha presión por parte de todos mis vecinos, que no hacían más que chocarse conmigo y con todos los demás, todos luchando por salir. Algunos contaban historias sobre cuando empezó todo, especialmente por parte de aquellos que habían nacido antes que yo. Pero la historia siempre quedaba incompleta, ya que pronto llegaba otro vecino que le golpeaba bruscamente y provocaba que en un breve instante apareciera en el extremo opuesto.

Sin embargo, a base de unir pequeños fragmentos de esas historias me podía hacer una idea de mi origen.

Al principio todo estaba muy frio, había individuos mucho mas mayores que yo, tanto en edad como en tamaño. Estos individuos se hacían llamar átomos y decían que eran muy pequeños. ¡Pequeños! ¡Ja! Ya me gustaría a mi tener su tamaño.

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Nací en un lugar parecido a éste. De hecho los llaman los pilares de la creación (Fuente: Wikimedia Commons)

Había muchos átomos, pero apenas se tocaban unos con otros. Tenían mucho espacio para moverse libremente. Cómo he dicho, hacía mucho frío y eso hacía que nadie se moviera apenas de su sitio, no podían malgastar la poca energía que tenían. De todos modos, algunos se movían ligeramente, cosas de la inercia, y pasaban unos cerca de otros. En muchas ocasiones, cuando esto sucedía, los átomos seguían su camino como si no hubiera pasado nada, pero otras veces, pasaban tan cerca que terminaban chocando y entre ellos surgía una atracción tan fuerte que quedaban unidos para siempre. De esta manera, se creaban agrupaciones de átomos cada vez más grandes. Como todo en la vida, cuanto mas tienes más quieres, así que empezaron a atraer a más átomos.

Además de crecer en tamaño, estas agrupaciones esporádicas de átomos, estaban cada vez más calientes. Se daban calor unos a otros. Donde más calor hacía era en el centro del grupo. Según estos grupos se iban haciendo más grandes, se volvía prácticamente imposible soportar el calor del interior, ni la atracción que se ejercía desde el interior hacia los átomos más externos.

Un día la temperatura del centro de la agrupación se hizo tan alta, que los átomos que estaban en el centro no aguantaron más y empezaron a fusionarse. La fusión fue una buena idea, a partir de ahí empezaron a generarse distintas partículas más pequeñas que eran lanzadas hacia afuera provocando así una presión que contrarrestaba la atracción.

Por lo que pude deducir, yo soy una de esas pequeñas partículas que mis predecesores lanzaron hacia afuera. Y ahí estaba desde entonces. Es posible que pasaran miles de millones de millones de años, quien sabe, pero todo esto estaba a punto de cambiar. Los choques con otras partículas, me habían estado empujando cada vez más hacia afuera. Ya estaba lejos de donde creía haber nacido, según las historias que escuché. También hacía menos calor. Estaba inquieto, sabía que iba a pasar algo, pero no sabía qué era. Intentaba tranquilizarme, al fin y al cabo mi vida empezó siendo incierta y siempre lo sería. Quizá lo que ocurriera, me llevara a vivir nuevas aventuras, conocer otros lugares y nuevas partículas distintas de mí.

Un buen día, ocurrió lo que estaba esperando. Una explosión repentina, me empujó hacia el exterior. En tan solo unas milésimas de segundo, noté que ya no había presión a mi alrededor, no había nadie con quien chocarme. ¡Era libre! El miedo que había sentido antes se desvaneció y se convirtió en asombro y curiosidad por ver como evolucionaba aquella libertad. De vez en cuando veía a alguno de mis vecinos anteriores en la distancia, pero estaba tan lejos que no podía distinguir si era un primo pequeño de la familia de los muones o si era de los electrones. ¡Qué mas daba! Quería explorar todo lo el nuevo mundo que se abría ante mi.

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Este fue mi hogar durante mucho tiempo. La protuberancia que hay en la parte superior derecha es la explosión que hizo que saliera despedido hacia afuera (Fuente: Wikimedia Commons)

Empecé a fijarme en mi mismo. A estudiar mis sentimientos y mi comportamiento.

Lo primero que descubrí es que, a pesar de que la explosión había sido intensa y que debería estar moviéndome a gran velocidad, el tiempo pasaba muy despacio, demasiado despacio. Parecía que el tiempo se había detenido.

Por otro lado, empecé a notar cambios en mi estructura. No lo he mencionado antes, pero por lo que pude saber, yo era un primo pequeño de la familia de los electrones, pero durante el tiempo que estuve viajando a esas velocidades tan altas, me di cuenta de que me estaba empezando a parecer a uno de los primos de la familia de los muones. Nunca me habían caído bien, los de la familia de los muones eran demasiado grandes y toscos. Aunque los primos eran más esbeltos como yo, no quería que me relacionaran con ellos, pero no pude hacer nada. Mi estructura cambió.

Tras poco más de 8 minutos de viaje, que como ya he dicho, se me hicieron eternos, empecé a ver una especie de bola azul a la que me acercaba peligrosamente. Intenté desviarme para no chocarme con ella, pero iba tan deprisa que no pude evitarlo y me precipité sobre ella.

Al principio fue bien, seguí moviéndome a la misma velocidad, me alegré y pensé que no pasaría nada. De hecho, algunos de mis vecinos de viaje que estaban delante de mi iban atravesando capas y capas de la bola azul y no les ocurría nada. Un instante después noté que me sumergía en un líquido y me frené de golpe. De hecho, sufrí una colisión con otra partícula que era más grande que yo y vi un destello de luz, pero no me hagáis caso, estaba muy aturdido. Poco después desaparecí.

Mientras que mis vecinos siguieron su camino y tuvieron la oportunidad de visitar lugares fantásticos a lo largo de su vida, yo desaparecí tras el choque en aquel líquido. Había sido una vida confusa y corta, pero intensa. Me encantó poder escuchar las breves historias de los vecinos mayores y entre todas ellas poder recrear lo que creo que fue mi vida. Y sobre todo me encantó saber, y no me preguntéis como lo supe, que mi desaparición ayudó a descubrir uno de los mayores misterios de la ciencia que se llevaba a cabo en esa bola azul donde me quedé. Cuando, durante mi viaje, cambié mi estructura y me convertí en uno de los primos pequeños de los grandes muones, resulta que no sólo era un misterio para mí el por qué me pasaba eso. Los seres que habitaban en la bola azul también se lo preguntaban. Mi desaparición contribuyó a ayudarles a entender el misterio. ¡Me llenó de orgullo!

I Certamen de Cuentos de Ciencia

Esta entrada es mi segunda contribución al genial I Certamen de Cuentos de Ciencia organizado por el blog Cuantos y Cuerdas y en el que, aparte de recomendar que visitéis, recomiendo que participéis.

Esta entrada ha sido editada para formar parte del #MegaCuento en la cual he intentado incorporar enlaces a todos los cuentos del #CertamenCuentos que he podido, aunque no han podido ser incluidos todos. Sin embargo, recomiendo pasarse por aquí para disfrutar de todos los cuentos.

ALMA y el nacimiento de una estrella

La semana pasada mientras veía las noticias en la televisión, la presentadora del telediario llamó mi atención cuando dijo que investigadores chilenos habían conseguido observar por primera vez el nacimiento de una estrella. Mi primera impresión fue, estupendo verdaderas noticias “estelares”  en la televisión. Después mientras veía el video que pusieron, escuchaba lo que la presentadora decía y me tranquilizaba después de mi primera reacción, la cosa cambió un poco.

La noticia hacía referencia a los resultados publicados en la revista Astrophysical Journal en el artículo “ALMA observations of the HH 46/47 Molecular Outflow” (Observaciones del flujo molecular de HH 46/47) por Hector Arce de la Universidad de Yale y sus colaboradores.

ALMA es el acrónimo de “Atacama Large Millimeter/submillimeter Array” y se trata de un conjunto de radiotelescopios financiados y desarrollados en el marco de una gran colaboración entre instituciones europeas, norteamericanas y del este asiático en cooperación con la República de Chile. ALMA situado a unos 50 km de San Pedro de Atacama en Chile, en una meseta a gran altura en los andes chilenos debido a su altitud y condiciones meteorológicas adecuadas para la observación astronómica incluidas las observaciones con radiotelescopios.

Imagen: ESO/C.Malin

Imagen: ESO/C.Malin

Imagen: ESO/C. Malin

El objeto que ha sido observado es el HH 46/47 situado a 1400 años luz. HH es el acrónimo de objeto Herbig-Haro que son nebulosas que se desarrollan en las proximidades de estrellas recién  formadas. Las estrellas jóvenes y calientes expulsan chorros de gas a muy alta velocidad que colisiona con el gas y polvo interestelar que existe en la región donde se ha formado la estrella. Estas colisionas ionizan el gas produciendo las emisiones características de los objetos Herbig-Haro.

La noticia no iba tan desencaminada al fin y al cabo: era verdad que estaba relacionada con investigadores chilenos (al menos algunos, incluido el líder de la investigación mencionado antes) que usaron con un radiotelescopio situado en Chile y estaba relacionada con el nacimiento de estrellas, pero… en realidad no es la primera vez que se observa un nacimiento estelar y mucho menos el de la estrella asociada a HH 46/47. De hecho el objeto HH 46/47 se conoce desde hace tiempo y se tienen bastantes imágenes suyas. Lo interesante de la investigación es la observación, con una nitidez extraordinaria, gracias a las capacidades de ALMA (en tan sólo 5 horas de observación), de los chorros emitidos. Estas observaciones han permitido descubrir por un lado que los chorros eran más energéticos de lo que se pensaba y por otro que existe otro chorro que previamente no había sido observado anteriormente debido a que estaba oculto a las longitudes de onda del visible por el gas y polvo interestelar en el que está inmersa la estrella recién formada.

Los radiotelescopios observan en longitudes de onda más largas que los telescopios ópticos y estas longitudes de onda no son visibles por el ojo humano, por lo que no habíamos podido observar el nuevo flujo anteriormente.

Aunque las imágenes que se mostraron en las noticias y en diversos sitios en internet son imágenes fotográficas convencionales éstas están, en realidad, formadas por una combinación de diferentes imágenes en distintas longitudes de onda, incluyendo los mapas elaborados a partir de las observaciones en longitudes de onda de radio. Las imágenes tomadas por los radiotelescopios, y en concreto la tomada por ALMA de HH 46/47, suelen tener esta pinta:

Mapa de radio HH4647

El hecho de que estas imágenes contengan más información de utilidad científica que una simple foto no le quita valor a estas últimas que son muy bonitas y asombran a todos los que la miran.

A pesar del desliz de la presentadora a la hora de dar la noticia, probablemente porque es lo que le habían dicho que dijera, es muy de agradecer que entre información sobre la crisis y más crisis, se dé también información científica en los telediarios.

Os dejo con la imagen compuesta de HH 46/47, incluyendo la información que ha obtenido ALMA. Espero que os asombre tanto como a mí.

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Imagen: ESO

Referencias:

http://www.eso.org/public/spain/news/eso1336/

Arce, Hector G. et al., ALMA Observations of the HH 46/47 Molecular Outflow.