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Proyectos de investigación astrofísica

Física de las Estrellas, Sistemas Planetarios y Medio Interestelar

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Estrellas de baja Masa, Enanas Marrones y Planetas Gigantes (P/309506)

R REBOLO

C. Allende Prieto, V.J. Sánchez Béjar, N. Lodieu, J.I. González Hernández, M. Esposito, Z. Zhang, B. Gauza, A. Suárez Mascareño, S. Velasco Muñoz

M.R. Zapatero Osorio (Centro de Astrobiología CSIC-INTA); A. Pérez-Garrido, I. Villo, A. Díaz Sánchez, E. Jodar (Univ. Politécnica de Cartagena); C. McKay, D. King (Universidad de Cambridge, RU); M. Pérez Cagigal (Univ. de Cantabria); T. Henning, R. Mundt (MPIA, Alemania); G. Bihain (Inst. of Astrophysics of Potsdam, Alemania); P. Lucas, D. Pinfield (Univ. Hertfordshire, RU), M.T. Ruiz (Univ. de Chile), L. Labadie (Univ. de Colonia)

Introducción

Se pretende investigar los procesos que conducen a la formación de estrellas de baja masa, enanas marrones y exoplanetas y caracterizar las propiedades físicas de estos astros en varias etapas evolutivas. Las estrellas de muy baja masa y las enanas marrones son probablemente los objetos más numerosos de nuestra Galaxia, pero no por ello están suficientemente bien establecidas sus propiedades. En particular, los objetos subestelares constituyen uno de los grupos más difíciles de estudiar desde el punto de vista observacional dada su baja luminosidad intrínseca. Se pretende establecer la frecuencia, multiplicidad y distribución espacial de estrellas ultrafrías y objetos subestelares en la vecindad del Sol y en regiones de formación estelar y cúmulos cercanos con el fin de proporcionar información sobre los mecanismos que los originan, caracterizar sus propiedades ópticas e infrarrojas,y establecer relaciones entre sus propiedades espectrales, masas y luminosidades. Se hace especial énfasis en empujar la frontera de detección hacia los objetos de menor masa, bien sea como objetos ligados por atracción gravitatoria a otros, o flotando libremente en el espacio interestelar. Los objetos menos masivos también suelen ser los de menor luminosidad intrínseca y temperaturas superficiales más frías por lo que entrañan notable dificultad de detección por medio de imagen directa. Sin embargo, la detección directa permite una caracterización fotométrica y espectroscópica mucho más completa y una mejor determinación de sus propiedades físicas y químicas. También se pretende investigar la presencia de exoplanetas en estrellas de baja masa empleando técnicas de medida de velocidad radial con muy alta precisión y técnicas de muy alta resolución espacial. Se trabaja en el desarrollo de espectrógrafos ultraestables para grandes telescopios y de sistemas de imagen ultrarápida. Con los primeros es posible lograr la detección de planetas con masas similares a la de la Tierra en estrellas de tipos G, K y M un objetivo que se persigue es establecer la frecuencia de estos planetas en las estrellas de la vecindad solar y caracterizar las propiedades de los sistemas planetarios a los que pertenecen.

 

Hitos

 

Cuatro hitos en 2014:

1) El descubrimiento de la enana ultra-fría de tipos espectral M7 conocida más cercana al Sol, situada a unos 5pc. 

2) El descubrimiento de la segunda enana marrón de tipo T alrededor de una estrella con planetas. 

3) El descubrimiento de una enana de tipo Y, uno de los pocos objetos conocidos fuera del Sistema Solar con una temperatura efectiva menor de 500K.

4) La identificacion de candidatos a enana marrón de baja masa y objetos aislados de masa planetaria en el cúmulo de las Pléyades. La confirmación y caracterización espectroscópica de enanas marrones de tipo L tardio en el cúmulo. Estos objetos son los más débiles, fríos y de menor masa confirmados en un cúmulo de edad intermedia.

 

Desarrollo y resultados

 

Durante el pasado año 2014 se han continuado los estudios del VISTA Hemisphere Survey (VHS), cuyo grupo de enanas ultra-frías lidera el IAC. En colaboración con Antonio Pérez-Garrido (UPCT) se ha elaborado un catálogo de objetos de alto movimiento propio combinando datos de VHS y 2MASS. Hasta la fecha se han identificado unos 50.000 objetos con movimiento propio >0.1”/yr en el área común de unos 8.000 grados2. Como resultado de estos estudios se ha descubierto la estrella ultra-fría M7 más cercana al Sol, situada a unos 5pc (Pérez-Garrido et al. 2014). También se ha realizado una búsqueda de compañeros de estrellas con planetas con movimiento propio común, fruto del cual es el descubrimiento de la segunda enana marrón de tipo T compañera de una estrella con planetas (Lodieu et al. 2014). Además también estamos realizando una búsqueda de compañeros ultra-fríos con movimiento propio común, cuya caracterización espectroscópica estamos llevando a cabo con OSIRIS en el GTC, SofI en el NTT y otros telescopios del Sur. Como resultado de este trabajo, descubrimos un planeta gigante de 11 MJup alrededor de una estrella M joven cercana (d=12 pc), con un tipo espectral L tardío y colores IR muy rojos. Se trata de uno de los compañeros de masa planetaria menos masivos, más cercanos al Sol y mejor caracterizado (Gauza et al.).

Se ha realizado un estudio de la distribución espectral de energía de varias enanas tipo Y en el óptico utilizando GTC/OSIRIS. Estas son las enanas marrones más frías que se conocen, con temperaturas efectivas atmosféricas inferiores a 500 K.

Ha proseguido la búsqueda de objetos subestelares alrededor de estrellas M de la vecindad Solar (a distancia de menos de 5pc) con CanariCam en el GTC. En la actualidad ya se han observado unas 20 estrellas y muestra completa en el Hemisferio Norte hasta la distancia de 4 pc.

Se ha continuado la caracterización fotométrica, astrométrica y espectroscópica de los candidatos más débiles y fríos del cúmulo sigma Orionis. En particular confirmamos espectroscópicamente el tercer objeto de tipo T en la dirección del cúmulo con datos de LIRIS en el WHT. El estudio de este espectro y de los espectros del Hubble Space Telescope (HST) de SOri70 y 73, junto con su movimiento propio nos sugieren que ninguno de los tres objetos pertenecen a Sigma Orionis y por tanto confirman nuestros resultados anteriores sobre la ausencia de objetos con masas < 4 MJup en el cúmulo. Este trabajo forma parte de un artículo que ya está aceptado y se encuentra en prensa (Peña-Ramírez et al. 2015, A&A). Además, se ha continuado con nuestro trabajo de caracterización espectroscópica de los candidatos a planetas aislados de tipo L y se ha obtenido el espectro óptico de 2 objetos con Osiris en GTC y el espectro IR de dos nuevos objetos con FIRE en Magellan.

En colaboración con investigadores del Centro de Astrobiología (CAB) se ha llevado a cabo una búsqueda fotométrica y astrométrica de objetos subestelares de baja masa en el cúmulo de las Pléyades (Zapatero Osorio et al. 2014). Para algunos de los objetos más débiles y más rojos, se ha podido obtener espectroscopía utilizando LIRIS en el WHT y NIRSPEC en el Keck, lo que ha permitido determinar la naturaleza fría y baja gravedad de 6 objetos y confirmar su pertenencia al cúmulo. Los objetos más fríos con tipos espectrales L tardíos tienen masas estimadas en torno a la frontera entre las enanas marrones y los objetos de masa planetaria. 

También en colaboración con María Rosa Zapatero Osorio (CAB), se han medido las paralajes trigonométricas de objetos jóvenes de tipo L a partir de datos tomados con Omega2K en el 3.5m de Calar Alto y NOTCAM en el NOT, obteniéndose distancias entre 9 y 47 pc, edades entre 10-500 Maños y masas entre 11 y 45 MJup. Para algunos de estos objetos se obtuvieron espectros con OSIRIS en GTC que muestran la presencia de Li, en algunos casos por primera vez, lo cual ha permitido confirmar su naturaleza subestelar.

Se ha realizado un estudio espectroscópico multifibra de objetos posibles miembros del cúmulo IC 4665 en colaboración con P. Dobbie (Tasmania) y de Wit (ESO) utilizando el AAT. Este trabajo se complementará con espectroscopía en el GTC.

Se está llevando a cabo un programa de seguimiento espectroscópico de objetos de masa planetaria en el cúmulo Upper Scorpius.

En colaboración con A. Burgasser (California) y Y. Pavlenko (Ucrania) se ha realizado un estudio espectroscópico con GTC y con VLT de varias subenanas de tipo L. También se está realizando una clasificación espectral de estrellas de tipo M pobres en metales.

En colaboración con S. Leggett, A. Nitta (Gemini), P. Bergeron y P.E. Tremblay (Montreal) se está realizando una búsqueda de enanas blancas muy frías (T< 4000K) en las bases de datos de UKIDSS y Sloan.

Se está desarrollando un programa de medida de paralajes de subenanas de tipo L utilizando GTC/OSIRIS y un programa de caracterización espectroscópica de 33 subenanas de tipo L con VLT/X-shooter.

Se ha iniciado un proyecto observacional con el conjunto de telescopios de Las Cumbres (LCOGT) para monitorizar el cúmulo de sigma Orionis durante varios días con el objetivo de captar posibles eclipses de planetas gigantes.

Se ha realizado una monitorización en velocidad radial de estrellas K y M usando HARPS-N en el telescopio Galileo para detectar la presencia de planetas de tipo terrestre. Utilizando series temporales espectroscópicas se ha investigado la variabilidad cromosférica de estas estrellas y se ha determinado periodos de rotación. También se ha participado en el estudio del efecto Rossiter-Mac Laughlin en varias estrellas con planetas eclipsantes del programa GAPS en colaboración con grupos de varios centros de investigación italianos.  Se ha participado en una campaña de monitorización en velocidad radial del sistema binario XO-2 detectándose un nuevo sistema planetario en la componente sur del mismo.

Se ha iniciado la fase constructiva del espectrógrafo ESPRESSO para el VLT, al que el IAC aporta el sistema de conexión de fibra y una gran parte de los componentes ópticos del espectrógrafo.

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