La búsqueda de exoplanetas espectropolarimétrica de alto contraste ( VLT-SPHERE ) es un sistema de óptica adaptativa y una instalación coronaria en el Very Large Telescope (VLT). Proporciona imágenes directas, así como caracterización espectroscópica y polarimétrica de sistemas de exoplanetas . El instrumento opera en el infrarrojo cercano y visible, logrando, aunque en un campo de visión limitado, una calidad de imagen superior y contraste para objetivos brillantes. [1]
Los resultados de SPHERE complementan los de otros proyectos de búsqueda de planetas que incluyen HARPS , CoRoT y la Misión Kepler . [2] El instrumento se instaló en Unit Telescope "Melipal" (UT3) y alcanzó la primera luz en junio de 2014. En el momento de la instalación, era el último de una serie de instrumentos VLT de segunda generación como X-shooter , KMOS y MUSE . [3]
Metas científicas
La obtención de imágenes directas de exoplanetas es extremadamente desafiante:
- El contraste de brillo entre el planeta y su estrella anfitriona varía típicamente de 10 −6 para los planetas gigantes jóvenes calientes que emiten cantidades significativas de luz infrarroja cercana, a 10 −9 para los planetas rocosos vistos exclusivamente a través de luz reflejada.
- La separación angular entre el planeta y su estrella anfitriona es muy pequeña. Para un planeta a ∼10 UA de su anfitrión y a decenas de pársec de distancia, la separación sería de solo unas pocas décimas de segundo de arco. [4]
SPHERE es representativa de una segunda generación de instrumentos dedicados a la obtención de imágenes directas de alto contraste de exoplanetas. Estos combinan óptica adaptativa avanzada con coronógrafos de alta eficiencia para atenuar el deslumbramiento de la estrella anfitriona. Además, SPHERE emplea imágenes diferenciales para aprovechar las diferencias entre la luz planetaria y estelar en términos de su color o polarización. [5] Otros sistemas de imágenes de alto contraste que están operativos incluyen el Proyecto 1640 en el Observatorio Palomar y el Gemini Planet Imager en el Telescopio Gemini Sur . [4] El Gran Telescopio Binocular , equipado con un sistema de óptica adaptativa menos avanzado, ha logrado obtener imágenes de una variedad de planetas extrasolares. [6]
SPHERE está dirigido a la detección directa de planetas del tamaño de Júpiter y más grandes separados de sus estrellas anfitrionas por 1 a 100 AU. La detección y caracterización de un gran número de estos planetas debería ofrecer una idea de la migración planetaria , el proceso hipotético por el cual los Júpiter calientes , que la teoría indica que no pueden haberse formado tan cerca de sus estrellas anfitrionas como se encuentran, migran hacia adentro desde donde se formaron en el protoplanetario. disco . [7] También se plantea la hipótesis de que los planetas distantes masivos deberían ser numerosos; Los resultados de SPHERE deberían aclarar hasta qué punto la preponderancia observada actual de Júpiter calientes en órbita cercana representa un sesgo de observación. Las observaciones de SPHERE se centrarán en los siguientes tipos de objetivos:
- asociaciones estelares jóvenes cercanas que también pueden ofrecer oportunidades para detectar planetas de baja masa;
- estrellas con planetas conocidos, en particular aquellas con residuos a largo plazo que aparecen en el análisis de regresión de sus curvas de velocidad radial que podrían indicar la presencia de compañeros más distantes;
- las estrellas más cercanas, que permitirían detectar objetivos con las órbitas más pequeñas, incluidas aquellas que brillan solo por la luz reflejada;
- estrellas con edades en el rango de 100 Myr a 1 Gyr. En estos sistemas jóvenes, incluso los planetas más pequeños seguirán estando calientes y radiando copiosamente en el infrarrojo, lo que permitirá masas detectables más bajas.
- Las capacidades de alto contraste de SPHERE también deberían permitir su uso en el estudio de discos protoplanetarios, enanas marrones , estrellas masivas evolucionadas y, en menor medida, en investigaciones del Sistema Solar y objetivos extragalácticos. [2]
Los resultados de SPHERE complementan los de los proyectos de detección que utilizan otros métodos de detección, como mediciones de velocidad radial y tránsitos fotométricos. Estos proyectos incluyen HARPS , CoRoT y Kepler Mission . [2]
Descripción del instrumento
SPHERE está instalado en la Unidad Telescopio 3 del VLT de ESO en el foco Nasmyth. Comprende los siguientes subsistemas:
- Common Path and Infrastructure (CPI) es el principal banco óptico. Recibe luz directa del telescopio y transmite haces estabilizados, con corrección óptica activa y filtrados por coronógrafo a los tres subinstrumentos.
- El espectrógrafo de campo integral (IFS) cubre un campo de visión de 1,73 "x 1,73", traduciendo los datos espectrales en un cubo de datos tridimensional (x, y, λ).
- El generador de imágenes y espectrógrafo infrarrojo de doble banda ( IRDIS ) tiene un campo de visión de 11 "x 12,5" con una escala de píxeles de 12,25 mas (milisegundos de arco). IRDIS puede proporcionar imágenes clásicas. Alternativamente, se puede configurar para proporcionar imágenes de banda dual simultáneas utilizando dos filtros de paso de banda estrechos diferentes que apuntan a diferentes características espectrales, o se puede configurar para proporcionar imágenes simultáneas de dos polarizadores cruzados. Cuando se opera en el modo de espectroscopia de rendija larga (LSS), una rendija coronagráfica reemplaza la máscara del coronógrafo.
- El polarímetro de imágenes de Zurich (ZIMPOL) es un polarímetro de imágenes de alto contraste que opera en las longitudes de onda visual e infrarroja, capaz de lograr una resolución <30 mas. También es capaz de obtener imágenes clásicas limitadas por difracción. [8]
Resultados científicos
Los primeros resultados han validado el poder del instrumento SPHERE, además de presentar resultados que desafían la teoría existente.
- SPHERE anunció su primer planeta, HD 131399Ab, en 2016, pero otro estudio mostró que, de hecho, se trataba de una estrella de fondo. [9] Finalmente, en julio de 2017, el consorcio SPHERE anunció la detección de un planeta, HIP 65426 b , alrededor de HIP 65426. [10] [11] El planeta parece tener una atmósfera muy polvorienta llena de nubes espesas, y orbita una estrella joven y caliente que gira sorprendentemente rápido.
- SPHERE se utilizó para buscar una enana marrón que se esperaba que orbitara el binario eclipsante V471 Tauri . Las mediciones cuidadosas de los tiempos de los eclipses habían demostrado que no eran regulares, pero estas irregularidades podrían explicarse asumiendo que había una enana marrón perturbando las órbitas de las estrellas. Sorprendentemente, aunque la hipotética enana marrón debería haber sido fácilmente resuelta por SPHERE, no se tomó ninguna imagen de tal compañera. Parecería que la explicación convencional del comportamiento extraño de V471 Tauri es incorrecta. Se han propuesto varias explicaciones alternativas para las variaciones de tiempo orbital, incluida, por ejemplo, la posibilidad de que los efectos puedan deberse a variaciones del campo magnético en el miembro principal del par binario, lo que da como resultado cambios regulares en la forma de la estrella a través del mecanismo de Applegate. . [12] [13]
- Otro resultado temprano de SPHERE es la primera imagen del disco protoplanetario espiral en HD 100453. [14] El patrón espiral global es un fenómeno raro en los discos circunestelares que probablemente es causado por la atracción gravitacional de un cuerpo masivo que orbita la estrella, como otro. estrella o un planeta gigante. Este disco es el primero en tener una imagen del compañero perturbador, proporcionando una prueba para las teorías de generación de brazos espirales. Las imágenes también revelan un espacio que se extiende desde el borde de la máscara coronagráfica hasta aproximadamente la distancia de la órbita de Urano en nuestro propio sistema solar.
- SPHERE se utilizó para capturar la primera imagen confirmada de un planeta recién nacido en una publicación de junio de 2018. Se vio al joven planeta, PDS 70b, formándose en el disco protoplanetario alrededor de la estrella PDS 70 . [15]
- En julio de 2020, SPHERE tomó imágenes directamente de dos gigantes gaseosos en órbita alrededor de la estrella TYC 8998-760-1 . [dieciséis]
Referencias
- ^ "Descripción general de la ESFERA" . Observatorio Europeo Austral . Consultado el 23 de mayo de 2015 .
- ^ a b c Beuzit, Jean-Luc; et al. "SPHERE: un instrumento 'Planet Finder' para el VLT" (PDF) . Observatorio Europeo Austral . Consultado el 24 de mayo de 2015 .
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enlaces externos
- SPHERE - Investigación de exoplanetas de alto contraste espectropolarimétrico
Coordenadas :24 ° 37′39 ″ S 70 ° 24′16 ″ O / 24,6274 ° S 70,4044 ° W / -24,6274; -70.4044