Calculan la masa de Beta Pictoris b

Un grupo de astrónomos ha logrado calcular la masa de Beta Pictoris b, un exoplaneta muy joven. Para ello, no han recurrido a modelos, sino a una técnica con la que han podido deducir su tamaño y refinar la información sobre su órbita…

Calculando la masa de Beta Pictoris b

Concepto artístico de Beta Pictoris b y el disco de material que rodea a su estrella.
Crédito: ESO/L. Calçada/N. Risinger

Para poder hacerlo, los investigadores han tenido que recurrir a los datos de GAIA e Hipparcos. El primero está en funcionamiento en la actualidad. Su objetivo es hacer el mapa más completo de la Vía Láctea. El segundo, por su parte, estuvo en funcionamiento hace más de dos décadas (de 1989 a 1993). Los datos de ambos han permitido obtener la masa de Beta Pictoris b observando el movimiento de su estrella durante un largo período de tiempo.

Hay que decir que, en realidad, Beta Pictoris es interesante por sí mismo. Se trata de un sistema extremadamente joven, de apenas 20 millones de años de edad. En términos astronómicos, está en su infancia. Tanto es así, que la estrella todavía está rodeada por el disco de material del que se formó. Esto plantea algunas dificultades, pero también es una gran oportunidad para los astrónomos, al poder estudiar las primeras etapas de la formación de un sistema estelar.

El planeta es un gigante gaseoso. Parecido a Júpiter, pero mucho más masivo. Se calcula que tiene entre 9 y 13 veces su masa. Fue descubierto en 2008 gracias al Telescopio Muy Grande, en el Observatorio Europeo Austral, en Chile. De la estrella, además de su edad, también sabemos que tiene una temperatura elevada, rota muy rápido y emite pulsos. Normalmente, para estimar las masas de los exoplanetas, se recurre al método de velocidad radial…

El problema de la velocidad radial

Imagen de Beta Pictoris b, su estrella, y el disco de material que la rodea.
Crédito: ESO/A-M. Lagrange et al.

El método es bastante sencillo. Consiste en medir el movimiento de la estrella en relación a la Tierra. En ocasiones, se moverá hacia nosotros, y en ocasiones se alejará. En esa velocidad se producen pequeños cambios, producto de los tirones gravitacionales de los planetas cercanos. Así que basta medirlos para poder determinar, aproximadamente, cuál es la masa del exoplaneta que se quiera estudiar.

Con ese método, ya se había logrado deducir cuál podía ser la masa máxima de Beta Pictoris b. Pero para poder obtener una estimación mejor, era necesario recurrir a otro método: la astrometría. Utilizando los datos de GAIA e Hipparcos, se puede obtener la posición y movimiento exacto de la estrella a lo largo del tiempo. La estrella nos muestra varios movimientos. Por un lado, como el Sol, orbita alrededor del centro de la Vía Láctea.

Desde la Tierra, lo vemos como un movimiento recto en el cielo. Algo que se conoce como movimiento propio. Por otro lado, tenemos el paralaje. Este último se produce por el movimiento de nuestro planeta alrededor del Sol. Por eso, a lo largo del año, vemos la estrella desde ángulos ligeramente diferentes. Y por último, tenemos unas pequeñas variaciones en el movimiento a lo largo del cielo. Pequeñas desviaciones del rumbo que debería seguir.

Midiendo un pequeño movimiento

Es posible medir la masa de un planeta a partir de las pequeñas desviaciones del movimiento de una estrella en su recorrido a través del cielo.
Crédito: European Space Agency

Esas variaciones, provocadas por la atracción del planeta en la órbita de la estrella, puede ser medido. Pero en lugar de en su movimiento hacia, y alejándose de, la Tierra, a lo largo de su movimiento en torno al centro de la galaxia. Sin el planeta, cabría esperar que la estrella siguiese un recorrido. Con el planeta se producen pequeñas desviaciones. Cuanto más masivo sea el planeta, mayores serán.

Pero para poder observar esas diferencias, es necesario observar la trayectoria de la estrella durante mucho tiempo. Así se puede entender qué parte corresponde al movimiento propio y qué parte al efecto del paralaje. GAIA está observando más de mil millones de estrellas. Con el tiempo, será capaz de proporcionar mucha información sobre una buena cantidad de exoplanetas. En abril se publicó su segundo catálogo de datos. En él, había unas 30 mediciones de Beta Pictoris.

Pero no era suficiente para poder obtener la masa de Beta Pictoris b. Hacían falta más datos. Así que aquí es donde entra en juego Hipparcos. Durante su misión, observó Beta Pictoris en 111 ocasiones. Por lo que los astrónomos han podido utilizar los datos para obtener la masa de Beta Pictoris b. Al combinar los datos de ambos satélites, con una diferencia de unos 25 años, se consigue mucha información sobre el movimiento de las estrellas.

El movimiento propio de Beta Pictoris b

Concepto artístico de exocometas en torno a Beta Pictoris.
Crédito: ESO/L. Calçada

En ese movimiento propio se puede observar el efecto del planeta. Los datos de Hipparco por sí mismos no habrían sido suficientes para detectar el planeta. En cualquier caso, el resultado es importante porque ayuda a comprender mejor qué sucede en la formación de planetas. Además, hace que GAIA sea una herramienta todavía más interesante. Sin duda, en sus datos, en los próximos años, se podrán obtener muchos datos de otros exoplanetas.

Por ejemplo, en este caso, obtener la masa de Beta Pictoris b ya proporciona algunas pistas. Permite comprender mejor cómo pueden formarse los planetas gigantes gaseosos. En este caso, parece que el planeta se debió formar por inestabilidad gravitatoria. Es decir, una pequeña parte del disco de gas, que rodea a Beta Pictoris, colapsó sobre sí mismo para formar el planeta. Pero esto es solo un caso de formación.

Los autores del estudio sugieren que la recolección de datos será importante para obtener más información sobre cómo son otros gigantes gaseosos jóvenes. Con más información, será posible refinar los diferentes modelos sobre cómo son las primeras etapas de desarrollo de este tipo de planetas. Veremos qué información nos proporciona GAIA en el futuro, pero por ahora ya se está dejando notar su impacto…

El estudio es I. Snellen y A. Brown; «The mass of the young planet Beta Pictoris b through the astrometric motion of its host star». Publicado en la revista Nature Astronomy el 20 de agosto de 2018. Puede ser consultado en este enlace.

Referencias: Phys, Centauri Dreams