Planetas extrasolares en los viejos datos del Hubble

En un esmerado re-análisis de imágenes de 1998 del Telescopio Espacial Hubble, los astrónomos han encontrado evidencia visual de dos planetas extrasolares no detectados con anterioridad.

Encontrar estas gemas escondidas en los archivos del Hubble brinda a los astrónomos una invaluable máquina del tiempo para comparar el los datos orbitales antiguos de los planetas con las observaciones más recientes.

Se conocen cuatro planetas gigantes que orbitan a la joven y masiva estrella HR 8799, que se encuentra a 130 años luz de distancia. En 2007 y 2008 los primeros tres planetas fueron descubiertos por telescopios terrestres en el infrarrojo cercano tomado desde el W. M. Keck Observatory y el Gemini North por Christian Marois del National Research Council de Canada y su equipo. Marois y sus colegas entonces descubrieron el cuarto y más interno de los planetas en 2010. Este es el único sistema exoplanetario múltiple del cual los astrónomos han obtenido imágenes directas.

En 2009 David Lafreniere de la Univertity of Montreal recuperó los datos ocultos del exoplaneta en imágenes de HR 8799 del Hubble tomadas en 1998 con la Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS). Él identificó la posición del más externo de los planetas conocidos en esa estrellas. Esto ha demostrado el poder de las nuevas técnicas de procesamiento para extraer débiles planetas enterrados en el resplandor de la estrella central.

Un nuevo análisis de los mismos archivos de datos de NICMOS realizado por Remi Soummer del Space Telescope Science Institute de Baltimore ha recuperado los otros tres. De los cuatro, el planeta más interno se localiza a 2400 millones de kilómetros de la estrella y no puede verse porque se encuentra en el límite del coronógrafo de NICMOS, el punto que bloquea la luz de la estrella central.

Al encontrar planetas en múltiples imágenes espaciadas por muchos años de tiempo sur órbitas puede ser seguidas. Conocer las órbitas es crítico para entender el comportamiento de los sistemas planetarios múltiples, dado que los planetas masivos pueden perturbar las órbitas de los demás. "Con las imágenes del Hubble podemos determinar la forma de las órbitas, lo que aporta conocimientos de la estabilidad del sistema, las masas de los planetas y las excentricidades, y también la inclinación del sistema", dice Soummer.

Los resultados serán publicados en el Astrophysical Journal.

Los tres planetas gigantes gaseosos exteriores poseen aproximadamente órbitas de 100, 200 y 400 años. Estos significa que los astrónomos necesitan esperar un gran tiempo para ver como estos planetas se mueven sobre sus trayectorias. La adición de la separación temportal de los datos del Hubble ayuda enormemente. "El archivos nos trae 10 años de ciencia al ahora", dice. "Sin estos datos deberíamos haber esperado otra década. Estos son 10 años de ciencia gratis".

Sin embargo, por los movimientos más lentos, el planeta más externo apenas a cambiado de posición en 10 años. "Pero si vamos al siguiente planeta interno podemos ver un poco de la órbita, y en el tercero interno de hecho podemos ver mucho movimiento", dice Soummer.

Los planetas no fueron encontrados en 1998 cuando las observaciones del Hubble fueron realizadas, porque los métodos usados para detectarlos no estaban disponibles en aquel tiempo. Cuando los astrónomos sustrajeron la luz de la estrella central para observar el resplandor residual de los planetas, la luz residual dispersada aún abrumaba a la de los débiles objetos.

Lafreniere desarrolló una forma para mejorar este tipo de análisis utilizando una librería de referencia de estrellas para remover con más precisión la huella digital del resplandor de la estrella central. El equipo de Soummer llevó el método de Lafreinere un paso adelante y usó 466 imágenes de referencia tomadas de una librería conteniendo 10 años de observaciones de NICMOS construida por Glenn Schneider de la Universiti of Arizona.

El equipo de Soummers incrementó el contraste y minimizó la luz estelar residual. Ellos removieron completamente los destellos de refracción, que sin artefactos comunes en los sistema de imágenes de los telescopios. Esto les permitió ver dos de los más débiles e interiores de los planetas en los datos del Hubble. Los planetas recuperados en los datos de NICMOS poseen alrededor de 1/100000 del brillo de la estrella al observarlos con luz en el infrarrojo cercano.

El equipo de Soummers incluyó estudiantes. "Este trabajo fue una formidable oportunidad para experimentar un desafiante proyecto de investigación con astrónomos profesionales justo después de la graduación", dijo Brendan Hagan, un reciente graduado del Goucher College. "Trabajamos mucho y muy duro para alcanzar estos resultados, lo que es realmente interesante es que ahora vamos a poder aplicar el mismo método a muchas otras estrellas, y esperamos poder realizar algunos descubrimientos por nuestra cuenta", añade.

Los próximos planes de Soummer son analisar aproximadamente otras 400 estrellas en los archivos de NICMOS con la misma técnica, mejorando la calidad de las imágenes en un factor de 10 por encima de los métodos utilizados cuando los datos fueron obtenidos.

Él y su equipo seleccionaron las estrellas desde media docena de proyectos de búsqueda. "Queríamos revisar cada proyecto de búsqueda tomando estrellas jóvenes y cercanas, las que son objetivos primarios en la búsqueda de planetas extrasolares", dice Laurent Pueyo, del NASA Sagan Fellow, trabajando con Soummer. "Estrellas son evidencias de discos de polvo circumestelares son también buenos objetivos, estos están comúnmente asociados a la formación planetaria."

El trabajo de Soummer demuestra el poder de los datos archivados del Telescopio Espacial Hubble, que alberga imágenes e información espectral de observaciones de hace 20 años. Los astrónomos aprovechan esta librería para complementar nuevas observaciones con una gran cantidad de valiosos datos ya recopilados, teniendo un potencial de descubrimiento mucho más alto que al utilizar únicamente las nuevas observaciones.

Con el archivo de datos del NICMOS, el equipo de Soummer construirá un listado de candidatos planetarios para ser confirmados con telescopios terrestres. Si son descubiertos nuevos planetas ellos tendrán nuevamente muchos años de movimiento orbital para medir.