NeoFronteras

Deducen la existencia de planetas extragalácticos

Área: Espacio — sábado, 3 de febrero de 2018

Un grupo de astrofísicos deduce la existencia de planetas en una galaxia situada a 3800 millones de años luz de nosotros.

Foto

Gracias a la misión Kepler y las últimas técnicas telescópicas en tierra firme sabemos de la existencia de miles de planetas más allá de nuestro Sistema Solar.

Pero todos estos exoplanetas están en nuestra galaxia la Vía Láctea. Es razonable pensar que en otras galaxias también debe de haber planetas, pero las limitaciones técnicas nos impiden hasta ahora detectarlos en ellas, ni siquiera en la galaxia no enana más cercana: la galaxia de Andrómeda. Los más de 2.5 millones de años luz que nos separan de ella son, sin duda, un obstáculo imponente. Tratar de detectarlos en galaxias aún más lejanas resulta aún más inconcebible. A no ser que se use algún truco, claro.

Según Relatividad General, una concentración de masa-energía es capaz de curvar el espacio que hay a su alrededor. La luz tiene que seguir ese espacio curvado, por lo que se puede medir el efecto. Esto se puede apreciar en cómo cambian las posiciones de las estrellas durante un eclipse de Sol, tal como en su día mostró Arthur Eddington.

El caso extremo de curvatura del espacio-tiempo se da alrededor de un agujero negro. Pero son tan relativamente pequeños y están tan lejos que no nos es posible ver el efecto que causan sobre la luz que les circunda, salvo quizás en los quasares (un quasar no es más que una galaxia con un núcleo activo formado por un agujero negro). Estos objetos, las galaxias, o los cúmulos de galaxias pueden formar lo que se llama una lenta gravitacional.

Una lenta gravitacional no es más que una alineación entre nosotros como observadores, una gran masa galáctica (un masivo cúmulo de galaxias o una galaxia elíptica masiva) y una fuente de luz lejana detrás de todo ello (generalmente una galaxia muy lejana o un quasar).

La luz procedente de la galaxia lejana pasa cerca del cúmulo y es desviada por el espacio curvado que hay alrededor el cúmulo. Dependiendo de cómo de buena sea la alineación, la galaxia lejana se ve deformada de una u otra manera, generalmente con forma de arco. Si el cúmulo fuera una esfera perfecta y la imagen de la galaxia lejana un círculo entonces veríamos esa galaxia lejana como una circunferencia alrededor del cúmulo. Otras veces se forma lo que se llama un cruz de Einstein.

Una lente de este tipo puede amplificar una luz que sea muy débil. Estas lentes gravitatorias nos permiten echar un vistazo al borde del Universo y saber cómo eran las primeras galaxias que se formaron y que ya tienen una velocidad de recesión gigantesca debido a la expansión del Universo. Así que una lente gravitatoria funciona como el mayor telescopio que podamos usar jamás, un telescopio de tamaño galáctico.

También se pueden emplear objetos más pequeños bajo el mismo principio. Cuando se da algún alineamiento estelar, es posible usar este efecto para detectar planetas. La estrella más cercana actúa de lente y la luz de la estrella del fondo se intensifica. Si la estrella que actúa de lente porta planetas se puede observar un pico extra en esa amplificación. Así que esta técnica se puede usar para buscar planetas en la Vía Láctea y así se ha hecho. Ya hemos descubierto unos 70 exoplanetas mediante este método.

Gracias a este efecto, este grupo de investigadores de University of Oklahoma ha descubierto la primera población de planetas en una lejana galaxia situada a 3800 millones de años luz nosotros (3,8 Ga luz). Los tamaños deducidos de estos cuerpos van de un tamaño como el nuestra Luna al de Júpiter. Xinyu Dai y Eduardo Guerras realizaron el descubrimiento usando el telescopio espacial de rayos X Chandra de la NASA. Hasta este estudio no había ninguna prueba de la existencia de planetas fuera de la Vía Láctea. Aunque, obviamente, no se han observado estos planetas directamente.

“Estamos muy excitados por este descubrimiento. Esta es la primera vez que alguien ha descubierto planetas fuera de nuestra galaxia. Estos pequeños planetas son los mejores candidatos a los indicadores que observamos en este estudio de microlente gravitatoria”, dice Dai.

La técnica de microlente gravitatoria se ha usado para buscar planetas en la Vía Láctea, pero, hasta ahora, no se había usado para descubrir planetas fuera de ella.

En este caso, han estudiado la radiación electromagnética emitida el agujero negro supermasivo de un quasar lejano (situado a 6 Ga luz) alterada por el efecto de microlente gravitatoria. Delante de este quasar está la galaxia elíptica RX J1131-1231 (situada a 3,8 Ga luz y en el centro de la imagen de cabecera) que actúa como una lente gravitatoria que amplifica la luz del quasar del fondo (ver imagen de cabecera), que forma una cruz de Einstein.

Usaron un modelo computacional que corre en una supercomputadora para deducir cómo alteraría la luz del quasar la existencia de planetas en X J1131-1231 actuando como microlentes gravitatorias y lo compararon con los datos observacionales.

Dedujeron que, para poder explicar el desplazamiento en energía de las líneas de espectrales de emisión Fe Kα, debía de haber una población de planetas desligados (errantes) entre las estrellas de X J1131-1231 con una abundancia de unos 2000 objetos por cada estrella de la secuencia principal y con masas comprendidas entre la de la Luna y Júpiter. Esto permite deducir que debe haber billones de planetas en el centro de esta galaxia elíptica.

Si nos fijamos bien, se trata de dos fenómenos acumulados. Una efecto de lente gravitatoria provocado por una galaxia elíptica, que permite observar el quasar de fondo, y un efecto colectivo de microlente gravitatoria producido por los planetas de esa galaxia que altera las cualidades espectrales del quasar de fondo.

“Este es un ejemplo de lo poderosa que puede ser la técnica de análisis de microlente gravitatoria extragaláctica. Esta galaxia está situada a 3800 millones de años luz de nosotros y no hay la más mínima posibilidad de observa directamente estos planetas, ni siquiera con el mejor telescopio que uno pueda imaginar en un escenario de ciencia ficción. Sin embargo, somos capaces de estudiarlos, desvelar su presencia e incluso tener una idea de cómo son sus masas”, dice Guerras.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=5984

Fuentes y referencias:
Artículo original.
Artículo en ARXiv.
Foto: University of Oklahoma.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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8 Comentarios »

  1. lluís:

    “Si la estrella que actúa de lente porta planetas se puede observar un pico extra en esa amplificación” ¿significa esto que esos planetas contribuyen al pico extra, curvando algo más el espacio y por tanto obligando a que la luz siga un camino un poco más desviado de lo que lo haría de no existir esos planetas?

    Desde luego es un tanto descorazonador pensar que nunca podremos saber cómo son esos planetas,quizá algunos pocos datos y no muy precisos, pero como dice el estudio al menos sabemos que están ahí y esto ya es mucho.

  2. NeoFronteras:

    Estimado Lluís:
    Cuando se trata de usar el fenómeno de microlente para encontrar planetas en nuestro vecindario, es como lo opuesto a un tránsito y el planeta hace aumentar la luz recibida y hay un pico en el brillo. Este gráfico lo ilustra:

    https://lco.global/files/spacebook/Gravitational%20Microlensing%20timeline.png

    Pero en este caso extragaláctico no se trata eso, sino del efecto colectivo de muchos planetas (determinado con un modelo computacional) sobre las líneas espectrales del objeto de fondo, que es el disco de acreción de un agujero negro supermasivo.

  3. lluís:

    Muy interesante lo del caso extragaláctico. He aprendido algo nuevo.Aunque lo del modelo computacional está entre paréntesis, lo que parece querer decir que se trata sólo de un modelo.

  4. NeoFronteras:

    Todo en el conocimiento humano son modelos de realidad, incluso en el arte. La ciencia no podía ser menos, ni más. Todo son modelos en la Física, lo bueno o malo que sean es otro asunto. En este caso es un modelo computacional porque las ecuaciones son resueltas numéricamente. Es igual en el clima, el perfil de ala de un avión, etc.

    Que vaya entre paréntesis no le quita ni pone categoría, sólo lo describe.

  5. JavierL:

    La imagen está super clara, y permite entender mejor.. Gracias

  6. tomás:

    Sin embargo, como el ejemplo más patente que tenemos es nuestro Sistema Solar y vemos que el Sol representa el 99,75 % de su masa, -es decir que el resto significa tan solo el 0’25 %- ha de ser que en las estrellas de esa galaxia la masa planetaria sea mucho más considerable respecto a cada una de sus estrellas, de forma que se haga tan patente su existencia.

  7. tomás:

    Porque se deduce a partir, sobre todo, de las líneas espectrales de Fe y potasio pero, pregunto: ¿no pueden provenir de nebulosas preestelares o del final de estrellas, siendo que el Fe es lo más pesado en formarse?

  8. NeoFronteras:

    No es potasio, es una línea de hierro altamente ionizado. La última capa atómica rinde más o menos en el óptico y los átomos crecen hacia adentro metiendo electrones en capas internas según crece el número atómico y manteniendo el átomo con casi el mismo tamaño.
    Para poder tener transiciones tan energética como para emitir rayos X que no sean bremsstrahlung, hay que usar las capas internas, por ejemplo del hierro ionizado varias veces. Para ello se necesita una temperatura muy alta.

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