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El Telescopio Hobby-Eberly da las medidas de masa de dos estrellas con un planeta en órbita

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01 June 2012
Kepler artist conception

Esta concepción del sistema Kepler-16 muestra uno de sus eventos de tránsito. La estrella más grande, con una masa alrededor del 70 por ciento de la del Sol, aporta la mayor parte de la luz total del sistema. La estrella más pequeña, con una masa alrededor del 20 por ciento de la del Sol, aporta sólo el 3 por ciento de la luz. El planeta se piensa que es un gigante gaseoso, con una masa aproximadamente igual a la de Neptuno.

Crédito: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt

Un equipo de astrónomos de Penn State ha obtenido mediciones muy precisas de un par de estrellas que orbitan un planeta, como el sistema estelar del planeta Tatooine en la película Star Wars. Las órbitas de las estrellas y el planeta en el sistema, llamado Kepler-16, se alinean de manera que eclipsan o transitan el uno al otro cuando se observan desde la Tierra. Estas nuevas medidas ayudarán a los astrónomos a comprender cómo las estrellas y los sistemas planetarios se forman.

Los astrónomos de Penn State utilizaron las capacidades espectroscópicas del Telescopio Hobby-Eberly del Observatorio McDonald para separar la luz de las dos estrellas de Kepler-16 en longitudes de onda individuales, lo que les permitió medir con precisión las masas de las estrellas. Este sistema fue descubierto en 2011 por la nave espacial Kepler de la NASA, y fue el primer sistema "binario eclipsante" de estrellas demostrado de manera concluyente un planeta orbitando dos estrellas. Las mediciones de Penn State se encuentran entre las más precisas que jamás se han hecho de estrellas de masa baja, como las de Kepler-16, y también facilitan una prueba independiente e importante de una técnica nueva y sofisticada para medir masas de los datos de la nave espacial Kepler. "Las precisas mediciones de las masas estelares, radios, y la arquitectura del sistema proporcionan importantes conocimientos sobre cómo se forman los planetas," dijo el líder del equipo de Penn State, Chad Bender.

La nave espacial Kepler de la NASA está monitoreando continuamente el brillo de unas 150.000 estrellas con el fin de buscar planetas de la masa de la Tierra. En 2011, un equipo científico de Kepler dirigido por Laurance Doyle del Instituto SETI combina la sincronización exacta de los 16 eclipses de Kepler con una técnica de modelo sofisticado nuevo para obtener las masas de las dos estrellas, que son alrededor del 70 por ciento y 20 por ciento de la del Sol y del planeta en órbita. La técnica también se ha aplicado a varios sistemas similares.

graph of velocities

Este gráfico muestra las velocidades radiales medidas con el Telescopio Hobby-Eberly por el equipo de Penn State, representadas frente a la fase orbital de las estrellas Kepler-16A y 16B-Kepler, así como las velocidades de la estrella más brillante que se midió por el científico del equipo Kepler. Al ajustar estas velocidades con las ecuaciones de Kepler de movimiento, el equipo fue capaz de derivar proporciones de masa de las estrellas y también las masas individuales. Los dos paneles inferiores muestran los residuales de los ataques, trazan como líneas rojas y azules.

Credito: Bender et al, Penn State University

En el caso de las estrellas binarias cercanas, tales como Kepler-16, la luz de las estrellas individuales se mezclan entre sí. "Si bien el modelo de Kepler-16 proporcionó una estimación sólida de las masas de las estrellas, hemos querido separar la luz de cada estrella para que pudieran ser estudiadas individualmente," dijo Jason Wright de Penn State. La espectroscopia obtenida por los investigadores de Penn State facilita este desenredo, y da las masas de las estrellas con un análisis mucho más simple.

"A medida que las dos estrellas Kepler-16 se muevan en sus órbitas de 41 días, su velocidad relativa a la Tierra cambia periódicamente, y hemos sido capaces de rastrear estos movimientos mediante la obtención de seis observaciones de alta resolución-espectroscópicas con el Telescopio Hobby-Eberly," dijo Suvrath Mahadevan de Penn State. El equipo utilizó estos datos para separar la luz de las estrellas individuales, lo cual fue un reto porque la estrella Kepler-16B aporta sólo alrededor del 3 por ciento de la luz del total del sistema. "Las mediciones de la velocidad resultante, en combinación con Leyes de movimiento de Kepler, dan directamente las masas de las estrellas de Kepler-16A y Kepler-16B con precisiones de 2,5 por ciento y 1,5 por ciento, respectivamente," dijo Mahadevan.

"Estas medidas de masa se encuentran entre las más precisas que se han hecho por estrellas de baja masa", dijo Bender. "Los modelos que describen la formación y evolución de las estrellas y los planetas han mejorado considerablemente en la última década, pero hacer mejoras adicionales requiere nuevas mediciones de numerosas estrellas, con las precisiones que hemos logrado aquí." Además, los resultados de Penn State confirman la viabilidad de la nueva técnica originalmente utilizada por el equipo de Kepler, a través de datos totalmente independientes y una técnica de análisis completamente diferente.

Además de Bender, Mahadevan, y Wright, otros miembros del equipo de Penn State Kepler-16 incluyen a Steinn Sigurdsson, Larry Ramsey, Donald Schneider, Rohit Deshpande, Fleming Scott, Arpita Roy, y Terrien Ryan. Todos son miembros del Departamento de Penn State de Astronomía y Astrofísica y el Centro de Penn State de Exoplanetas y Mundos Habitables.

El telescopio Hobby-Eberly es un proyecto conjunto de la Universidad de Texas en Austin, Penn State University, la Universidad de Stanford, Munich Ludwig-Maximilians-Universität Göttingen, y Georg-August-Universitat.

Una pre-impresión del estudio está en línea en http://arxiv.org/abs/1205.0259. El financiamiento para esta investigación fue proporcionado por el Centro de Exoplanetas y Mundos Habitables, el Instituto de Astrobiología de la NASA, el Centro de Investigación de Astrobiología de Penn State y de la Fundación Nacional de Ciencia.

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Traducción: José Quijano

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