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Próxima Centauri en la balanza de Einstein

Alice Zurlo, del Núcleo de Astronomía de la UDP, muestra cómo con ESFERA podemos saber más sobre los exoplanetas.

movimiento en el cielo de Próxima Centauri con respecto a las estrellas de fondo

La masa gravitatoria de Próxima Centauri medida con SPHERE a partir de un evento de microlente

Proxima Centauri, nuestro vecino estelar más cercano, es objeto de muchas atenciones desde el descubrimiento de un planeta telúrico en 2016 mediante la técnica de la velocidad radial. Este planeta tendría una masa de 1,27 masas terrestres y orbita la estrella en 11,2 días. Dado que la estrella central es una enana M fría, el planeta reside en la zona en la que el agua, si está presente en la superficie de un planeta rocoso, puede ser potencialmente líquida, es decir, la llamada zona habitable. Sin embargo, la masa del planeta no está completamente determinada, ya que la velocidad radial mide en realidad una relación de masas entre la estrella y el planeta. Por lo tanto, la determinación de la masa de la estrella es de suma importancia para revelar la naturaleza real del planeta. Hasta ahora, esta masa (0,12 masa solar) se infería indirectamente mediante un modelo que relacionaba la luminosidad de una estrella con su masa, pero esto puede estar sujeto a grandes incertidumbres, especialmente a edades tempranas y masas bajas. Sin embargo, la masa gravitatoria de la estrella puede determinarse mediante el efecto de microlente, que hace que la luz de las estrellas de fondo se desvíe por un objeto en primer plano. Dado que Próxima Centauri se encuentra muy cerca del Sistema Solar, se desplaza significativamente con respecto a las estrellas de fondo, lo que aumenta la posibilidad de que se produzcan alineaciones en la línea de visión con otras estrellas. Un evento de este tipo ocurrió en 2016, y un equipo dirigido por Alice Zurlo ha utilizado SPHERE para monitorizar con precisión la posición astrométrica de una fuente en particular en 9 épocas entre 2015 y 2017. La figura muestra el movimiento de Próxima medido por SPHERE con respecto a las estrellas de fondo. Con este experimento, el equipo pudo fijar una masa gravitatoria de 0,15 masas solares (con una precisión de aproximadamente 0,06 masas solares) desplazando la masa del planeta a un valor ligeramente más masivo: 1,56 masas terrestres. En este intervalo de masas aún podemos esperar que el planeta sea rocoso. El mes pasado se produjo otro evento de microlente provocado por Próxima Cen y ha sido observado con SPHERE, lo que nos permitirá afinar aún más la medición de la masa. 

Artículo publicado en Monthly Notices of the Astronomical Royal Society,  Zurlo et al, 2018

Imágenes de planetas a velocidad radial con SPHERE


Radial Velocity (RV) es una de las técnicas más productivas para detectar planetas que orbitan alrededor de otras estrellas. Se ha aprendido mucho de los sondeos RV sobre el terreno acerca de la demografía de los exoplanetas. Sin embargo, la masa del planeta que se infiere a partir de esta técnica es un límite inferior. Dado que se desconoce la inclinación de la órbita y que el VR mide la velocidad a lo largo de la línea de visión, en algunos casos estos planetas podrían ser mayores y más masivos. Es interesante la posibilidad de obtener un límite superior de esta masa por otros medios y otras técnicas, como por ejemplo la imagen directa. Pero los planetas detectados por RV suelen ser viejos y fríos y puede que no emitan suficiente luz para ser observados directamente... a menos que sean más grandes de lo esperado (lo que significa que su plano orbital está lejos del borde uno).  
El equipo dirigido por Alice Zurlo ha seleccionado 5 estrellas con planetas conocidos convenientemente situados (suficientemente lejos de la estrella anfitriona) y también suficientemente masivos (de 5 a 10 masas de Júpiter) para esperar una detección con ESFERA. No se detectó ninguno de estos planetas aunque el contraste en las imágenes alcanzó valores muy grandes. Estas estrellas resultaron ser demasiado viejas (>1.000 millones de años), de modo que los contrastes alcanzados corresponden en realidad a masas de 25 a 28 masas de Júpiter. Estas estimaciones permiten derivar límites en las inclinaciones del plano orbital de 10 a 20 grados dependiendo de los sistemas. En conjunto, es probable que todos estos sistemas alberguen planetas reales por debajo de 13 masas de Júpiter, la masa estándar para que un objeto sea un planeta. La próxima generación de telescopios extremadamente grandes, al tiempo que aumenta la resolución angular, será sin duda más eficaz para este tipo de estudios.

Artículo publicado en Monthly Notices of the Astronomical Royal Society, Zurlo et al, 2018

A continuación, una entrevista de Media INAF (Instituto Nacional de Astrofísica (Italia))  a la investigadora

Entrevista

La masa de Proxima Centauri se había estimado previamente utilizando un método indirecto. ¿Qué cambia con este nuevo enfoque?

\\\”Nuestra medida es un método completamente independiente de las estimaciones de la relación masa-luminosidad, que para estrellas poco masivas puede tener un gran rango de incertidumbre. Lo que medimos es la masa gravitacional de la estrella, que hasta ahora sólo se pudo medir para otra estrella distinta al Sol, la enana blanca Stein 2051 B. Encontramos valores compatibles con las estimaciones previas, y agregando mediciones a Próxima Centauri, la incertidumbre en la masa de esta estrella disminuyó sustancialmente\\\”.

\\\"\\\" Imagen de campo de SPHERE para las mediciones de abril de 2016. Se indican las estrellas de fondo consideradas para la microlente gravitacional. Créditos: A. Zurlo et al. 2018

Para su estimación, se ha utilizado una microlente gravitacional. ¿Cómo funciona?

\\\”La microlente es un fenómeno predicho por la relatividad general, y se produce cuando un objeto masivo, en este caso una estrella, Proxima Centauri, se interpone entre el observador y un objeto más lejano (en nuestro caso una estrella de fondo). El objeto más cercano crea un fenómeno de desviación de luz del objeto de fondo cuando se acerca a la línea de visión. La deformación que se crea se parece a lo que se puede ver a través de una lente óptica. El evento de microlente para Próxima Centauri fue predicho en el 2014 por un grupo liderado por Kailash Sahu. Se utilizaron imágenes del Telescopio espacial Hubble para este trabajo\\\”.

En 2016, se detectó un exoplaneta \\\”terrestre\\\” en órbita alrededor de Proxima Centauri utilizando el método de velocidades radiales. ¿Lo observaste con tu método, u obtuviste alguna información nueva?

\\\”El planeta que rodea a Próxima Centauri es demasiado pequeño para ser visto con nuestro método. Dado que la medición de su masa depende de la masa de la estrella central, hemos obtenido esta información para el planeta. Nuestras mediciones son obviamente compatibles con las encontradas anteriormente de una masa terrestre aproximadamente, ya que la masa de la estrella en sí misma es muy similar a la determinada por las estimaciones de la masa-luminosidad\\\”.

\\\"prox_key-1\\\" Representación del movimiento de Próxima Centauri con respecto al fondo durante el período de observación. Las posiciones de Próxima Centauri están indicadas con la estrella azul, mientras que las verdes y rojas indican las dos estrellas con respecto a las cuales se midió la microlente gravitacional. Créditos: A. Zurlo et al.

¿Cómo se desarrolló el estudio? ¿Has encontrado alguna dificultad?

\\\”La primera dificultad fue la cobertura temporal del evento. Seguimos a Próxima Centauri desde un observatorio terrestre: VLT en Cerro Paranal, Chile, y con el instrumento SPHERE, muy solicitado. Tuvimos que obtener muchas observaciones en un corto período, los meses de febrero a marzo, cuando se produjo el evento de microlente gravitacional. Afortunadamente pudimos obtener el tiempo necesario y buenas condiciones de observación. Entonces la dificultad principal fue la precisión astrométrica. El efecto de la microlente crea una desviación de la luz de la estrella de fondo de aproximadamente un mili-arcosegundo, una cantidad muy pequeña. Para poder medirla, nuestros errores deben ser inferiores al milisegundo de arco, y efectivamente se pudieron medir con gran precisión la posición de todas las estrellas en el campo de visión del instrumento, las cuales utilizamos como una rejilla para mejorar nuestra medida de astrometría. La precisión obtenida es la mejor que se ha logrado con este instrumento\\\”.

¿Cuál fue tu papel en este estudio?

\\\”Fui investigadora principal de las observaciones de Próxima Centauri con el instrumento SPHERE, tomando parte en las observaciones de Paranal con otros colaboradores. Reduje los datos de alto contraste y obtuve con precisión las posiciones de las estrellas de fondo en las observaciones y la estrella de microlente. Entonces, con un método de Markov Chain Monte Carlo, calculé los elementos del movimiento de Próxima Centauri en el cielo y la calibración astrométrica necesaria para obtener una precisión del sub-milisegundo de arco. La mayor parte del trabajo fue la redacción de la cadena de Markov Chain Monte Carlo, que duró varios meses. Este estudio fue particularmente complicado debido a la precisión requerida y los numerosos efectos astronómicos y físicos en juego, y la ayuda de mis colaboradores fue decisiva para el éxito de este análisis\\\”.

Para saber más:

Leer en Monthly Notices de la Royal Astronomical Society el artículo \\\”La masa gravitacional de Próxima Centauri medido con la esfera de un evento de microlente.\\\”, De A. Zurlo, R. Gratton, D. Mesa, S. Preferencias, A. Enia, K. Sahu, J.-M. Almenara, P. Kervella, H. Avenhaus, J. Girard, M. Janson, E. Lagadec, M. Langlois, J. Milli, C. Perrot, J.-E. Schlieder, C. Thalmann, A. Vigan, E. Giro, L. Gluck, J. Ramos y A. Roux

FUENTE: http://www.media.inaf.it/2018/07/18/proxima-centauri-lensing/

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