2 de junio de 2008

Astrónomos pesan las enanas marrones más frías

Imagen: Dr. M. Liu (IfA/UH)

Astrónomos han utilizado las imágenes ultra agudas obtenidas con el telescopio Keck y el telescopio espacial Hubble para determinar, por primera vez, la masa de la clase más fría de "estrellas fallidas", también conocidas como enanas marrones. Con masas tan livianas como un 3 por ciento de la masa del Sol, éstos son los objetos de menor masa flotando libres que se hayan pesado fuera del Sistema Solar. Las observaciones son un gran paso adelante en relación a la comprobación de las predicciones teóricas de objetos que no pueden generar su propia energía interna, tanto las enanas marrones como los planetas gigantes gaseosos. Los nuevos hallazgos, que se presentaron en una conferencia de prensa en la reunión de la Sociedad Astronómica Americana en St. Louis, demuestran que las predicciones pueden tener algunos problemas.

"La masa es el parámetro fundamental que gobierna la historia de la vida de un objeto flotando libremente y, de esta forma, tras muchos años de pacientes medidas, estamos encantados en informar de las primeras masas de las enanas marrones más frías y tenues", dijo el Dr. Michael Liu del Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawai (IfA/UH). "Tras pesar estos objetos diminutos, oscuros y fríos, hemos confirmado que las predicciones teóricas son, en su mayor parte, correctas, pero no por completo". El equipo que anunció los resultados está compuesto por el Dr. Liu, el señor Trent J. Dupuy (estudiante graduado de IfA/UH), y el Dr. Michael J. Ireland (Universidad de Sydney, Australia).

Las enanas marrones son un tipo de objeto que representa el eslabón perdido entre las estrellas de menor masa y los planetas gigantes tales como Júpiter y Saturno. Las enanas marrones son los objetos más fríos y tenues que pueden observarse directamente fuera del Sistema Solar. Emiten apenas aproximadamente 1/300 000 veces la energía del Sol y sus superficies tiene temperaturas equiparables al interior de un horno para pizzas (430 C), más de 5000 C más fría que la superficie del Sol.

"Los astrónomos han medido la emisión de energía y la temperatura de una miríada de enanas marrones. Sin embargo, la propiedad más importante de todas es la más difícil de medir: la masa", dijo el Dr. Ireland.

Para determinar las masas, el equipo pasó varios años estudiando enanas marrones que se presentan binarias, es decir dos enanas marrones que están ligadas mutuamente por la gravedad y orbitan una a la otra, de forma similar a como la Tierra orbita al Sol. Como demostrara por primera vez Johannes Kepler, en el siglo XVII, la masa total de un sistema binario puede determinarse con precisión midiendo el tamaño de la órbita y cuánto tardan los dos objetos en completar un ciclo orbital.

"Estas mediciones resultan muy difíciles, debido a que las enanas marrones binarias tienen separaciones angulares muy diminutas y orbitan muy lentamente. Necesitábamos obtener las mediciones más precisas posibles con los telescopios actuales para monitorear detalladamente el movimiento", dijo Dupuy.

Los astrónomos obtuvieron imágenes usando el Telescopio Keck II de 10 metros en Mauna Kea, Hawai. Keck II está equipado con un potente sistema de óptica adaptativa que corrige el difuminado de las imágenes astronómicas causado por la turbulencia de la atmósfera de la Tierra. El sistema de Keck utiliza un láser de baja potencia para crear una estrella artificial que permite tal corrección para casi cualquier punto del cielo.

Las imágenes resultantes tienen una resolución angular de 1/20 segundos de arco, aproximadamente 1/40 000 veces el diámetro de la Luna llena. Una persona con una visión tan aguda como el sistema de óptica adaptativa de Keck sería capaz de leer una revista que estuviese a más de un kilómetro de distancia. De hecho, la precisión posicional lograda con imágenes tan detalladas es equivalente a acertar en el centro de un albo de dardos a 13 000 kilómetros.

Monitoreando regularmente las binarias con la óptica adaptativa de Keck y analizando datos anteriores obtenidos con el telescopio espacial Hubble, el equipo fue capaz de medir con precisión el tamaño y el período de las órbitas de las binarias y, por lo tanto, determinar sus masas.

El equipo midió las masas de dos enanas marrones binarias. Una, conocida como 2MASS 1534-2952AB, está compuesta de dos enanas marrones de "metano", el tipo más frío de enana marrón, que se caracteriza por la presencia de gas metano en sus atmósferas. Ésta es la primera medición de la masa para este tipo de enana marrón. El equipo encontró que la masa total de 2MASS 1534-2952AB es de sólo el 6 % de la masa del Sol, y cada enana marrón de ese sistema tiene una masa de aproximadamente el 3 % de la del Sol (aproximadamente 30 veces la masa de Júpiter). El otro sistema binario, HD 130948BC, es un par de enanas marrones "polvorientas" ligeramente más cálidas con una masa total de sólo el 11% de la masa del Sol y masas individuales de aproximadamente el 5,5% del Sol.

Los modelos teóricos predicen las masas de las enanas marrones basándose en su emisión de energía y su temperatura. Pero cuando el equipo comparó las medidas de las masas con las predicciones teóricas, éstas no concordaban. Por ejemplo, la temperatura superficial de 2MASS 1534-2952AB era mucho más fría que la esperada, dado su actual nivel de emisión de energía, mientras que HD 130948BC era mucho más cálida.

"Aunque existe una consistencia general entre nuestros datos y las predicciones, algo no está del todo bien en los estudios teóricos de las enanas marrones, ya sea al determinar sus temperaturas o al predecir su emisión de energía. O tal vez ambas", dijo el Dr. Liu. "Estos hallazgos serán un desafío para los teóricos y nos han inspirado para medir las masas de más enanas marrones, en los próximos años, para comprender mejor el problema".

Las dos binarias, localizadas en la constelación de Libra (la Balanza) y Bootes (el Boyero), respectivamente, están a aproximadamente entre 45 y 60 años luz de distancia a la Tierra. Las dos componentes de cada binaria tienen una separación típica de aproximadamente 2 unidades astronómicas (UA), donde 1 UA es la distancia de la Tierra al Sol (unos 150 millones de kilómetros). Esto es un poco mayor que 1,5 UA la distancia entre Marte y el Sol. Sus periodos orbitales son de aproximadamente 10 a 15 años, comparados con el período de dos años de Marte alrededor del Sol.

Los resultados del equipo se describen en dos próximos artículos enviados a la revista Astrophysical Journal. Esta investigación ha sido patrocinada por la Fundación Nacional de Ciencia y la Fundación Alfred P. Sloan.

(jg) (mg)

Más información en:
http://www.hawaii.edu/