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Encuentran un “oasis” en el desierto de enanas marrones

Un equipo de astrónomos confirmó el descubrimiento de un gran número de nuevas enanas marrones, cuya existencia contradice la hipótesis del “desierto de enanas marrones”, la misteriosa ausencia de estos objetos subestelares en órbita alrededor de otras estrellas.

La mayoría de las estrellas de nuestra galaxia tienen al menos un acompañante; generalmente se trata de estrellas con una masa similar, como es el caso de nuestras estrellas vecinas más cercanas, el sistema estelar triple de Alfa Centauri.

Por supuesto, nuestro Sol tiene sus propios acompañantes: los planetas del sistema solar. Los acompañantes de tamaño planetario se diferencian mucho de los de tamaño estelar: son mucho más pequeños y no emiten luz propia generada mediante un proceso de fusión nuclear. Incluso Júpiter, el planeta más grande de nuestro sistema solar, necesitaría tener una masa ochenta veces superior a la actual para apenas empezar a brillar de esa manera.

A mitad de camino entre ambos tipos de objetos se encuentran las enanas marrones. Son cuerpos mucho más grandes que Júpiter, pero no tienen el tamaño suficiente para convertirse en estrellas, por lo que brillan con una luz muy tenue mientras se enfrían lentamente. El Universo está lleno de estrellas, y en las últimas décadas se confirmó que lo mismo sucede con los planetas. Por eso, los astrónomos esperaban que las enanas marrones también abundaran, pero extrañamente, eso no era lo que estaban encontrando. A pesar de que se han observado numerosas enanas marrones individuales en el espacio interestelar, no se han descubierto muchas que acompañen a otras estrellas más grandes. Incluso en los últimos años, a medida que las nuevas técnicas fueron permitiendo el descubrimiento de miles de planetas extrasolares, las enanas marrones seguían siendo esquivas, a pesar de que deberían ser más fáciles de encontrar que los planetas.

La estrella HD 19467, cuya masa y tipo espectral son muy similares a los del Sol, se encuentra a unos 101 años luz de la Tierra en la constelación de Eridanus. La flecha señala la primera imagen directa de su acompañante, la enana marrón HD 19467 B, de masa 52 veces superior a la de Júpiter, y que orbita a unas 51 UA de la estrella, completando un período de entre 320 y 1900 años. Créditos: Observatorio Keck/Justin Crepp et al.
La estrella HD 19467, cuya masa y tipo espectral son muy similares a los del Sol, se encuentra a unos 101 años luz de la Tierra en la constelación de Eridanus. La flecha señala la primera imagen directa de su acompañante, la enana marrón HD 19467 B, de masa 52 veces superior a la de Júpiter, y que orbita a unas 51 UA de la estrella, completando un período de entre 320 y 1900 años. Créditos: Observatorio Keck/Justin Crepp et al.

De hecho, hasta hace poco se habían encontrado tan pocas enanas marrones en órbita alrededor de otras estrellas, que los astrónomos comenzaron a referirse al fenómeno como “desierto de enanas marrones”. A su vez, esto supuso un problema para los teóricos, quienes a duras penas trataban de explicar por qué los astrónomos habían encontrado una cantidad tan reducida de estos objetos. Por eso, cuando los astrónomos del Sondeo Digital del Cielo Sloan (SDSS, por sus siglas en inglés) empezaron a examinar sus datos con detenimiento para buscar enanas marrones que acompañaran otras estrellas, esperaban poder encontrar una respuesta.

“Fue una gran sorpresa haber descubierto que tantas de las estrellas de nuestro muestreo tienen enanas marrones orbitando a su alrededor”, dijo Nick Troup, doctorando de la Universidad de Virginia y autor principal del artículo publicado este mes en la revista The Astronomical Journal. “No esperábamos triplicar la cantidad total de enanas marrones acompañantes conocidas con sólo unos pocos años de observaciones”.

Comparación entre el antes y el después de la cantidad de enanas marrones conocidas en órbita alrededor de otras estrellas. El gráfico superior muestra la distancia entre las 41 enanas marrones acompañantes detectadas anteriormente y su respectiva estrella anfitriona. El gráfico inferior muestra las 112 enanas marrones descubiertas por el nuevo estudio a partir de los datos del sondeo SDSS usando el instrumento APOGEE. En ambos gráficos, los tamaños de las enanas marrones indican sus masas, mientras que el círculo blanco muestra a escala la distancia a la que estaría la órbita de la Tierra. El punto más grande (amarillo o rojo) en el centro de cada gráfico representa la estrella anfitriona y no está a escala. Todas las enanas marrones acompañantes fueron descubiertas en distintos sistemas estelares; se las muestra juntas sólo para facilitar la comparación. Créditos de la imagen: SDSS/APOGEE.
Comparación entre el antes y el después de la cantidad de enanas marrones conocidas en órbita alrededor de otras estrellas. El gráfico superior muestra la distancia entre las 41 enanas marrones acompañantes detectadas anteriormente y su respectiva estrella anfitriona. El gráfico inferior muestra las 112 enanas marrones descubiertas por el nuevo estudio a partir de los datos del sondeo SDSS usando el instrumento APOGEE. En ambos gráficos, los tamaños de las enanas marrones indican sus masas, mientras que el círculo blanco muestra a escala la distancia a la que estaría la órbita de la Tierra. El punto más grande (amarillo o rojo) en el centro de cada gráfico representa la estrella anfitriona y no está a escala. Todas las enanas marrones acompañantes fueron descubiertas en distintos sistemas estelares; se las muestra juntas sólo para facilitar la comparación. Créditos de la imagen: SDSS/APOGEE.

El éxito del equipo se debió a una herramienta que a priori no tenía demasiadas perspectivas de resultar útil para encontrar acompañantes estelares de poca masa. El Experimento de Evolución Galáctica del observatorio Apache Point (APOGEE, por sus siglas en inglés) fue diseñado como un sondeo sustancial de las estrellas de la Vía Láctea. Su objetivo es elaborar un mapa a gran escala de los movimientos de dichas estrellas y de sus composiciones químicas. Sin embargo, el instrumento construido para el proyecto APOGEE es tan sensible a los pequeños movimientos estelares, que se pueden utilizar sus datos para detectar los acompañantes que orbitan alrededor de esas estrellas.

Cuando un objeto orbita alrededor de una estrella, en realidad ambos cuerpos orbitan alrededor de un centro de gravedad común. Por ejemplo, la gravedad de Júpiter “tironea” del Sol lo suficiente para hacerlo moverse una distancia mayor a su propio diámetro. Un observador distante puede detectar esta oscilación en la posición de una estrella, y puede determinar la masa del objeto que la provoca analizando los cambios en el movimiento de la estrella. Este movimiento puede detectarse a través del efecto Doppler. Si bien APOGEE fue diseñado para medir los movimientos significativos de las estrellas a través de nuestra galaxia, el objetivo de los astrónomos nunca fue hacerlo con la precisión necesaria para detectar las oscilaciones mínimas causadas por pequeños acompañantes de tamaño subestelar.

“Este nivel de precisión fue una sorpresa muy bien recibida en el diseño del espectrógrafo de APOGEE”, afirmó John Wilson, astrónomo de la Universidad de Virginia y director del equipo del instrumento de APOGEE. “El instrumento debe estar dentro de un recipiente gigante de acero en el vacío, a −195°C, para que su propio calor no sature las señales infrarrojas de las estrellas”. Este entorno altamente controlado posibilita la utilización del instrumento de APOGEE para medir los desplazamientos Doppler de manera fiable durante el transcurso de meses o, incluso, años: una hazaña que muchos otros espectrógrafos no pueden realizar.

“Aun con los primeros datos obtenidos hace algunos años, resultaba claro que podríamos utilizar el instrumento APOGEE para detectar los movimientos de los objetos de tamaño planetario en órbita alrededor de las estrellas que estudiamos”, dijo David Nidever, astrónomo de la Universidad de Arizona y del Gran Telescopio para Sondeos Sinópticos (LSST, por sus siglas en inglés), quien se encargó de escribir la mayor parte del software que mide los desplazamientos Doppler en los espectros de APOGEE. “Definitivamente nos hizo ver las posibilidades de hacer una búsqueda más sistemática de planetas y enanas marrones”.

Para emprender tal búsqueda, el equipo empezó con las 150.000 estrellas que APOGEE había observado. Luego se redujo esta cantidad para obtener una muestra principal de cerca de 400 estrellas, que constituyen los mejores ejemplos de estrellas con acompañantes en los datos de APOGEE. Entre estas, se identificaron cerca de 60 estrellas con índices de tener candidatos con masas planetarias, lo cual de por sí ya resultaba emocionante. Sin embargo, la verdadera sorpresa llegó cuando los investigadores detectaron la extraordinaria cantidad de 112 candidatas a enanas marrones, el doble de las que se habían descubierto durante los quince años anteriores.

¿Por qué el equipo de APOGEE tuvo tanta suerte y pudo encontrar este “oasis” de enanas marrones? Troup piensa que puede deberse a los tipos de estrellas anfitrionas que se están observando. “La mayoría de las búsquedas de planetas extrasolares quieren encontrar planetas similares a la Tierra, por lo que se han centrado en estrellas similares al Sol”, afirmó Troup. “Pero nosotros tuvimos que trabajar con las estrellas sondeadas por APOGEE que son, en su mayoría, estrellas gigantes”.

Los motivos por los que hay más enanas marrones en órbita alrededor de estrellas gigantes son una de las nuevas incógnitas que surgieron a raíz de este nuevo estudio que el equipo de Sloan está llevando a cabo. Los astrónomos continuarán sometiendo a prueba sus resultados con los nuevos datos que APOGEE aporta constantemente.

“Nunca se habían encontrado tantas enanas marrones acompañantes al mismo tiempo, por lo que estamos ansiosos por ver si la tendencia continúa una vez que APOGEE haya tomado más muestras”, dijo Troup.

Por el momento, es posible que el “desierto de enanas marrones” haya sido sólo un espejismo.

Fuente: SDSS | Arxiv.org

Traductora pública de inglés aficionada a la astronomía, la cosmología y las geociencias.