¿Cuál es el método de velocidad radial? Un método usado para descubrir nuevos exoplanetas

¿Como se buscan nuevos exoplanetas? Hoy, nos fijamos en un método ampliamente utilizado y popular de detección de exoplanetas, conocido como el Método de Velocidad Radial (también conocido como Espectroscopía Doppler).

La caza de planetas extra solares seguramente se ha acelerado en los últimos años, gracias a las mejoras realizadas en instrumentación y metodología. El número de exoplanetas descubiertos (a fecha de 1 de diciembre de 2017) ha alcanzado 3.710 planetas en sistemas de 2.780 estrellas, con 621 sistemas con múltiples planetas. Desafortunadamente, debido a los límites que los astrónomos están obligados a enfrentarse, la gran mayoría se ha descubierto utilizando métodos indirectos.

Cuando se trata de estos métodos indirectos, uno de los más populares y efectivos es el Método de la Velocidad Radial, también conocido como Espectroscopia Doppler. Este método se basa en observar el espectro de las estrellas para detectar signos de “oscilación”, donde se encuentra que la estrella se mueve hacia y lejos de la Tierra. Este movimiento es causado por la presencia de planetas, que ejercen una influencia gravitatoria en su sol respectivo.

Esencialmente, el Método de la Velocidad Radial no consiste en buscar signos de planetas en sí mismos, sino en observar una estrella en busca de signos de movimiento. Esto se deduce usando un espectrómetro para medir la forma en que las líneas espectrales de la estrella se desplazan debido al efecto Doppler, es decir, cómo la luz de la estrella se desplaza hacia el extremo rojo o azul del espectro (desplazamiento al rojo / desplazamiento hacia el azul).

Estos cambios son indicios de que la estrella se está alejando de (redshift) o hacia (blueshift) la Tierra. Según la velocidad de la estrella, los astrónomos pueden determinar la presencia de un planeta o sistema de planetas. La velocidad a la que una estrella se mueve alrededor de su centro de masa, que es mucho más pequeño que el de un planeta, se puede medir utilizando los espectrómetros actuales.

Hasta 2012, este método era el medio más efectivo para detectar exoplanetas, pero desde entonces ha sido reemplazado por la fotometría de tránsito. Sin embargo, sigue siendo un método altamente efectivo y con frecuencia se confía en conjunto con el Método de Tránsito para confirmar la existencia de exoplanetas y poner restricciones a su tamaño y masa.

 

VENTAJAS:

El método de velocidad radial fue el primer medio exitoso de detección de exoplanetas, y ha tenido una alta tasa de éxito para identificar exoplanetas tanto en los cercanos (Proxima y los siete planetas de TRAPPIST-1) como en los sistemas de estrellas distantes (COROT-7c). Una de las principales ventajas es que permite que la excentricidad de la órbita del planeta se mida directamente.

La señal de velocidad radial es independiente de la distancia, pero requiere un alto espectro de relación señal-ruido para lograr un alto grado de precisión. Como tal, generalmente se usa para buscar planetas de baja masa alrededor de estrellas que están a menos de 160 años luz de la Tierra, pero también se pueden detectar (sin tanta precisión) gigantes de gas a unos miles de años luz de distancia.

La técnica de velocidad radial es capaz de detectar planetas alrededor de estrellas de baja masa, como estrellas tipo M (enanas rojas). Esto se debe al hecho de que las estrellas de masa baja se ven más afectadas por el tirón gravitatorio de los planetas y porque tales estrellas generalmente giran más lentamente (lo que lleva a líneas espectrales más claras). Esto hace que el Método de velocidad radial sea muy útil por dos razones.

Por un lado, las estrellas tipo M son las más comunes en el Universo, representando el 70% de las estrellas en galaxias espirales y el 90% de las estrellas en galaxias elípticas. Segundo, estudios recientes han indicado que las estrellas de tipo M de baja masa son el lugar más probable para encontrar planetas terrestres (es decir, rocosos). El Método de la Velocidad Radial es, por lo tanto, muy adecuado para el estudio de planetas similares a la Tierra que orbitan cerca de los soles enanos rojos (dentro de sus respectivas zonas habitables).

Otra gran ventaja es la forma en que el Método de la Velocidad Radial puede colocar restricciones precisas en la masa de un planeta. Aunque la velocidad radial de una estrella solo puede producir estimaciones de la masa mínima de un planeta, distinguir las propias líneas espectrales del planeta de las de la estrella puede producir mediciones de la velocidad radial del planeta.

Esto permite a los astrónomos determinar la inclinación de la órbita del planeta, lo que permite la medición de la masa real del planeta. Esta técnica también descarta falsos positivos y proporciona datos sobre la composición del planeta. El problema principal es que tal detección solo es posible si el planeta orbita alrededor de una estrella relativamente brillante y si el planeta refleja o emite mucha luz.

A diciembre de 2017, 662 de todos los descubrimientos de exoplanetas (tanto los candidatos como los que habían sido confirmados) se detectaron usando el Método de velocidad radial, casi el 30% del total.

 

DESVENTAJAS:

Dicho esto, el Método de la Velocidad Radial también tiene algunos inconvenientes notables. Para empezar, no es posible observar cientos o incluso miles de estrellas simultáneamente con un solo telescopio, como se hace con la fotometría de tránsito. Además, a veces la espectrometría Doppler puede producir señales falsas, especialmente en sistemas de múltiples planetas y estrellas.

Esto a menudo se debe a la presencia de campos magnéticos y ciertos tipos de actividad estelar, pero también puede deberse a la falta de datos suficientes, ya que las estrellas generalmente no se observan continuamente. Sin embargo, estas limitaciones pueden mitigarse emparejando mediciones de velocidad radial con otro método, el más popular y eficaz es la fotometría de tránsito.

Si bien distinguir las líneas espectrales de una estrella y un planeta puede permitir que se coloquen mejores restricciones en la masa de un planeta, esto generalmente solo es posible si el planeta orbita alrededor de una estrella relativamente brillante y el planeta refleja o emite mucha luz. Además, los planetas que tienen órbitas muy inclinadas (en relación con la línea de visión del observador) producen oscilaciones visibles más pequeñas y, por lo tanto, son más difíciles de detectar.

Al final, el Método de velocidad radial es más efectivo cuando se combina con Fotometría de tránsito, específicamente para confirmar las detecciones realizadas con este último método. Cuando ambos métodos se usan en combinación, la existencia de un planeta no solo se puede confirmar, sino que se pueden realizar estimaciones precisas de su radio y masa real.

 

 

Gracias a las mejoras en la tecnología y la metodología, el descubrimiento de exoplanetas ha crecido a pasos agigantados en los últimos años. Con miles de exoplanetas confirmados, el enfoque se ha desplazado gradualmente hacia la caracterización de estos planetas para aprender más sobre sus atmósferas y condiciones en su superficie. En las próximas décadas, gracias en parte al despliegue de nuevas misiones, se esperan algunos descubrimientos muy profundos…

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