HD 209458 b , también conocido como Osiris , [2] es un exoplaneta que orbita el analógico solar HD 209458 en la constelación de Pegaso , a unos 159 años luz del Sistema Solar . El radio de la órbita del planeta es de 7 millones de kilómetros, aproximadamente 0,047 unidades astronómicas , o un octavo del radio de la órbita de Mercurio . Este pequeño radio da como resultado un año de 3,5 días terrestres y una temperatura superficial estimada de unos 1.000 ° C (unos 1.800 ° F). Su masa es 220 veces la de la Tierra (0,69 Júpitermasas) y su volumen es unas 2,5 veces mayor que el de Júpiter. La gran masa y volumen de HD 209458 b indican que es un gigante gaseoso .
Descubrimiento | |
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Descubierto por | D. Charbonneau T. Brown David Latham M. Alcalde G.W. Henry G. Marcy Kerry O'Connor R.P. Butler S.S. Vogt |
Sitio de descubrimiento | Observatorio de gran altitud Observatorio de Ginebra |
Fecha de descubrimiento | 9 de septiembre de 1999 |
Método de detección | Velocidad radial |
Características orbitales | |
Semieje mayor | 0,04747 AU (7,101,000 km) |
Excentricidad | 0,014 ± 0,009 [1] |
Periodo orbital | 3,52474541 ± 0,00000025 d 84,5938898 h |
Inclinación | 86,1 ± 0,1 |
Tiempo de periastrón | 2.452.854,825415 ± 0,00000025 |
Argumento de periastrón | 83 |
Semi-amplitud | 84,26 ± 0,81 |
Estrella | HD 209458 |
Características físicas | |
Radio medio | 1,35 ± 0,05 R J |
Masa | 0,71 M J |
Densidad media | 370 kg / m 3 (620 libras / yarda cúbica ) |
Gravedad superficial | 9,4 m / s 2 (31 pies / s 2 ) 0,96 g |
Temperatura | 1,130 ± 150 |
HD 209458 b representa una serie de hitos en la investigación extraplanetaria. Fue la primera de muchas categorías:
- un planeta extrasolar en tránsito
- el primer planeta detectado a través de más de un método
- un planeta extrasolar conocido por tener una atmósfera
- un planeta extrasolar observado que tiene una atmósfera de hidrógeno en evaporación
- un planeta extrasolar que tiene una atmósfera que contiene oxígeno y carbono
- uno de los dos primeros planetas extrasolares que se observarán directamente espectroscópicamente
- el primer gigante gaseoso extrasolar en medir su supertormenta
- el primer planeta en medir su velocidad orbital, determinando su masa directamente. [3]
Basado en la aplicación de nuevos modelos teóricos , en abril de 2007, se cree que es el primer planeta extrasolar que tiene vapor de agua en su atmósfera. [4] [5] [6] [7]
En julio de 2014, la NASA anunció encontrar muy secas atmósferas de HD 209458 b y otros dos exoplanetas ( HD 189733 b y WASP-12b ) que orbitan alrededor de estrellas similares al Sol. [8]
Detección y descubrimiento
Tránsitos
Los estudios espectroscópicos revelaron por primera vez la presencia de un planeta alrededor de HD 209458 el 5 de noviembre de 1999. Los astrónomos habían realizado cuidadosas mediciones fotométricas de varias estrellas que se sabía que estaban en órbita alrededor de planetas, con la esperanza de poder observar una caída en el brillo causada por el tránsito de el planeta a través de la cara de la estrella. Esto requeriría que la órbita del planeta se inclinara de manera que pasara entre la Tierra y la estrella, y anteriormente no se habían detectado tránsitos.
Poco después del descubrimiento, equipos separados, uno dirigido por David Charbonneau, incluido Timothy Brown y otros, y el otro por Gregory W. Henry , pudieron detectar un tránsito del planeta a través de la superficie de la estrella, lo que la convierte en el primer extrasolar en tránsito conocido. planeta. El 9 y 16 de septiembre de 1999, el equipo de Charbonneau midió una caída del 1,7% en el brillo de HD 209458, que se atribuyó al paso del planeta a través de la estrella. El 8 de noviembre, el equipo de Henry observó un tránsito parcial, viendo solo la entrada. [9] Inicialmente inseguro de sus resultados, el grupo de Henry decidió apresurar la publicación de sus resultados después de escuchar rumores de que Charbonneau había visto con éxito un tránsito completo en septiembre. Los artículos de ambos equipos se publicaron simultáneamente en el mismo número del Astrophysical Journal . Cada tránsito dura aproximadamente tres horas, durante las cuales el planeta cubre aproximadamente el 1,5% de la cara de la estrella.
La estrella había sido observada muchas veces por el satélite Hipparcos , lo que permitió a los astrónomos calcular el período orbital de HD 209458 b con mucha precisión en 3,524736 días. [10]
Espectroscópico
El análisis espectroscópico había demostrado que el planeta tenía una masa de aproximadamente 0,69 veces la de Júpiter . [11] La ocurrencia de tránsitos permitió a los astrónomos calcular el radio del planeta, lo que no había sido posible para ningún exoplaneta conocido anteriormente , y resultó tener un radio un 35% más grande que el de Júpiter. Anteriormente se había planteado la hipótesis de que los Júpiter calientes, particularmente cercanos a su estrella madre, deberían exhibir este tipo de inflación debido al intenso calentamiento de su atmósfera exterior. El calentamiento de las mareas debido a la excentricidad de su órbita, que puede haber sido más excéntrica en la formación, también puede haber jugado un papel en los últimos mil millones de años. [12]
Detección directa
El 22 de marzo de 2005, la NASA dio a conocer la noticia de que el telescopio espacial Spitzer había medido la luz infrarroja del planeta , la primera detección directa de luz de un planeta extrasolar. Esto se hizo restando la luz constante de la estrella madre y notando la diferencia a medida que el planeta transitaba frente a la estrella y se eclipsaba detrás de ella, proporcionando una medida de la luz del planeta mismo. Nuevas mediciones de esta observación determinaron que la temperatura del planeta era de al menos 750 ° C (1300 ° F). También se confirmó la órbita circular de HD 209458 b.
Observación espectral
El 21 de febrero de 2007, la NASA y Nature publicaron la noticia de que HD 209458 b fue uno de los dos primeros planetas extrasolares en tener sus espectros directamente observados, siendo el otro HD 189733 b . [13] [14] Este fue visto durante mucho tiempo como el primer mecanismo por el cual se podían buscar formas de vida extrasolares pero no sensibles, por medio de la influencia en la atmósfera de un planeta. Un grupo de investigadores dirigido por Jeremy Richardson del Goddard Space Flight Center de la NASA midió espectralmente la atmósfera de HD 209458 b en el rango de 7.5 a 13.2 micrómetros . Los resultados desafiaron las expectativas teóricas de varias maneras. Se había pronosticado que el espectro tendría un pico a 10 micrómetros, lo que habría indicado vapor de agua en la atmósfera, pero tal pico estaba ausente, lo que indica que no hay vapor de agua detectable. Se observó otro pico impredecible a 9,65 micrómetros, que los investigadores atribuyeron a las nubes de polvo de silicato , un fenómeno no observado anteriormente. Otro pico imprevisto ocurrió a 7.78 micrómetros, para el cual los investigadores no tuvieron una explicación. Un equipo separado dirigido por Mark Swain del Jet Propulsion Laboratory volvió a analizar el Richardson et al. datos, y aún no habían publicado sus resultados cuando Richardson et al. salió el artículo, pero hizo hallazgos similares.
El 23 de junio de 2010, los astrónomos anunciaron que habían medido una supertormenta (con velocidades del viento de hasta 7000 km / h) por primera vez en la atmósfera de HD 209458 b. [15] Las observaciones de muy alta precisión realizadas por el Very Large Telescope de ESO y su poderoso espectrógrafo CRIRES de monóxido de carbono muestran que está fluyendo a una velocidad enorme desde el lado del día extremadamente caluroso al lado nocturno más frío del planeta. Las observaciones también permiten otra excitante "primicia": medir la velocidad orbital del propio exoplaneta, proporcionando una determinación directa de su masa. [3]
Rotación
En agosto de 2008, la medición del efecto Rossiter-McLaughlin de HD 209458 b y, por lo tanto, del ángulo de giro-órbita es -4,4 ± 1,4 °. [16] [17]
El estudio de 2012 actualizó el ángulo de rotación de la órbita a -5 ± 7 °. [18]
Características físicas
Estratosfera y nubes superiores
La atmósfera está a una presión de un bar a una altitud de 1,29 radios de Júpiter por encima del centro del planeta. [19]
Cuando la presión es de 33 ± 5 milibares, la atmósfera es clara (probablemente hidrógeno) y su efecto Rayleigh es detectable. A esa presión, la temperatura es de 2200 ± 260 K. [19]
Las observaciones del telescopio de Microvariabilidad y Oscilaciones de STars en órbita inicialmente limitaron el albedo (o reflectividad) del planeta por debajo de 0,3, lo que lo convierte en un objeto sorprendentemente oscuro. (Desde entonces se ha medido que el albedo geométrico es 0.038 ± 0.045. [20] ) En comparación, Júpiter tiene un albedo mucho más alto de 0.52. Esto sugeriría que la capa superior de nubes de HD 209458 b está hecha de material menos reflectante que la de Júpiter, o bien no tiene nubes y Rayleigh dispersa la radiación entrante como el océano oscuro de la Tierra. [21] Desde entonces, los modelos han demostrado que entre la parte superior de su atmósfera y el gas caliente a alta presión que rodea el manto, existe una estratosfera de gas más frío. [22] [23] Esto implica una capa exterior de nube oscura, opaca y caliente; generalmente se piensa que consiste en óxidos de vanadio y titanio , pero aún no se pueden descartar otros compuestos como las tolinas . [22] Un estudio de 2016 indica que la capa de nubes a gran altitud es irregular con una cobertura de alrededor del 57 por ciento. [24] El hidrógeno calentado por dispersión de Rayleigh descansa en la parte superior de la estratosfera ; la porción absorbente de la capa de nubes flota sobre ella a 25 milibares. [25]
Exosfera
Alrededor de ese nivel, el 27 de noviembre de 2001, el Telescopio Espacial Hubble detectó sodio , la primera atmósfera planetaria fuera del Sistema Solar que se midió. [26] Esta detección fue predicha por Sara Seager a finales de 2001. [27] El núcleo de la línea de sodio va desde presiones de 50 milibares a un microbar. [28] Esto resulta ser aproximadamente un tercio de la cantidad de sodio en HD 189733 b . [29]
Los datos adicionales no confirmaron la presencia de sodio en la atmósfera de HD 209458 b [30] como en 2020.
En 2003-4, los astrónomos utilizaron el espectrógrafo de imágenes del telescopio espacial Hubble para descubrir una enorme envoltura elipsoidal de hidrógeno , carbono y oxígeno alrededor del planeta que alcanza los 10.000 K. La exosfera de hidrógeno se extiende a una distancia R H = 3,1 R J , mucho mayor que el radio planetario de 1,32 R J . [31] A esta temperatura y distancia, la distribución de Maxwell-Boltzmann de velocidades de partículas da lugar a una “cola” significativa de átomos que se mueven a velocidades mayores que la velocidad de escape . Se estima que el planeta pierde alrededor de 100 a 500 millones (1 a 5 × 10 8 ) de kg de hidrógeno por segundo. El análisis de la luz de las estrellas que atraviesa la envoltura muestra que los átomos de carbono y oxígeno más pesados están siendo expulsados del planeta por la extrema " resistencia hidrodinámica " creada por su atmósfera de hidrógeno en evaporación. La cola de hidrógeno que fluye desde el planeta tiene aproximadamente 200.000 kilómetros de largo, lo que equivale aproximadamente a su diámetro.
Se cree que este tipo de pérdida de atmósfera puede ser común a todos los planetas que orbitan estrellas similares al Sol a menos de 0,1 UA. HD 209458 b no se evaporará por completo, aunque puede haber perdido hasta aproximadamente el 7% de su masa durante su vida estimada de 5 mil millones de años. [32] Es posible que el campo magnético del planeta evite esta pérdida, porque la exosfera sería ionizada por la estrella y el campo magnético contendría los iones de la pérdida. [33]
Composición de la atmósfera
El 10 de abril de 2007, Travis Barman del Observatorio Lowell anunció pruebas de que la atmósfera de HD 209458 b contenía vapor de agua . Utilizando una combinación de mediciones del telescopio espacial Hubble publicadas anteriormente y nuevos modelos teóricos , Barman encontró pruebas sólidas de la absorción de agua en la atmósfera del planeta. [4] [34] [35] Su método modeló la luz que pasa directamente a través de la atmósfera desde la estrella del planeta cuando el planeta pasa frente a ella. Sin embargo, esta hipótesis aún se está investigando para confirmarla.
Barman se basó en datos y mediciones tomadas por Heather Knutson, una estudiante de la Universidad de Harvard , del Telescopio Espacial Hubble , y aplicó nuevos modelos teóricos para demostrar la probabilidad de absorción de agua en la atmósfera del planeta. El planeta orbita a su estrella madre cada tres días y medio, y cada vez que pasa frente a su estrella madre, el contenido atmosférico se puede analizar examinando cómo la atmósfera absorbe la luz que pasa de la estrella directamente a través de la atmósfera en la dirección de Tierra.
Según un resumen de la investigación, la absorción de agua atmosférica en un exoplaneta de este tipo lo hace más grande en apariencia en una parte del espectro infrarrojo , en comparación con las longitudes de onda en el espectro visible . Barman tomó los datos del Hubble de Knutson en HD 209458 b, los aplicó a su modelo teórico y supuestamente identificó la absorción de agua en la atmósfera del planeta.
El 24 de abril, el astrónomo David Charbonneau , quien dirigió el equipo que hizo las observaciones del Hubble, advirtió que el telescopio mismo podría haber introducido variaciones que hicieron que el modelo teórico sugiriera la presencia de agua. Espera que nuevas observaciones aclaren el asunto en los meses siguientes. [36] En abril de 2007, se están llevando a cabo más investigaciones.
El 20 de octubre de 2009, los investigadores del JPL anunciaron el descubrimiento de vapor de agua , dióxido de carbono y metano en la atmósfera. [37] [38]
Los espectros refinados obtenidos en 2021 han detectado en cambio vapor de agua , monóxido de carbono , cianuro de hidrógeno , metano , amoníaco y acetileno , todos consistentes con la relación molar de carbono a oxígeno extremadamente alta de 1.0 (mientras que Sun tiene una relación molar C / O de 0.55). Si es cierto, el HD 209458 b puede ser un excelente ejemplo del planeta del carbono . [39]
Campo magnético
En 2014, se infirió un campo magnético alrededor de HD 209458 b a partir de la forma en que el hidrógeno se evaporaba del planeta. Es la primera detección (indirecta) de un campo magnético en un exoplaneta. Se estima que el campo magnético es aproximadamente una décima parte de la fuerza del de Júpiter. [40] [41]
Ver también
- 51 Pegasi b
- HD 189733 b
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- Deming, Drake; Seager, Sara; Richardson, L. Jeremy y Harrington, Joseph (2005). "Radiación infrarroja de un planeta extrasolar". Naturaleza . 434 (7034): 740–743. arXiv : astro-ph / 0503554 . Código bibliográfico : 2005Natur.434..740D . doi : 10.1038 / nature03507 . PMID 15785769 ..
- Fortney, JJ; Sudarsky, D .; Hubeny, I .; Cooper, CS; Hubbard, WB; Burrows, A .; Lunine, JI (2003). "Sobre la Detección Indirecta de Sodio en la Atmósfera del Planetario Compañero a HD 209458". Revista astrofísica . 589 (1): 615–622. arXiv : astro-ph / 0208263 . Código Bibliográfico : 2003ApJ ... 589..615F . doi : 10.1086 / 374387 ..
- Holmström, M .; Ekenbäck, A .; Selsis, F .; Penz, T .; Lammer, H. y Wurz, P. (2008). "Átomos neutros energéticos como la explicación del hidrógeno de alta velocidad alrededor de HD 209458b". Naturaleza . 451 (7181): 970–972. arXiv : 0802.2764 . Código Bibliográfico : 2008Natur.451..970H . doi : 10.1038 / nature06600 . PMID 18288189 ..
enlaces externos
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- Hubble encuentra tres exoplanetas sorprendentemente secos
- Hogan, Jenny (22 de marzo de 2005). "Resplandor de planetas alienígenas vislumbrados por fin" . NewScientist . Consultado el 28 de junio de 2008 .
- "Hubble realiza las primeras mediciones directas de la atmósfera en el mundo alrededor de otra estrella" . Telescopio espacial Hubble . NASA . 2001-11-27 . Consultado el 28 de junio de 2008 .
- McKee, Maggie (3 de febrero de 2004). "Oxígeno visto fluyendo del exoplaneta" . NewScientist . Consultado el 28 de junio de 2008 .
- "Spitzer de la NASA marca el comienzo de la nueva era de la ciencia planetaria" . Laboratorio de propulsión a chorro . NASA . 2005-03-22 . Consultado el 28 de junio de 2008 .
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- Peplow, Mark (23 de marzo de 2005). "Luz de planetas alienígenas confirmada" . Naturaleza . doi : 10.1038 / news050321-9 . Consultado el 28 de junio de 2008 .
- Estrella variable de la temporada de AAVSO. Otoño de 2004: los exoplanetas en tránsito HD 209458 y TrES-1
Coordenadas : 22 h 03 m 10,8 s , 18 ° 53 ′ 04 ″