Ministerio de Economía y Competitividad Gobierno de Canarias Universidad de La Laguna CSIC Centro de Excelencia Severo Ochoa

Proyectos de investigación astrofísica

El Sol y el Sistema Solar

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Sismología Solar y Estelar y Búsqueda de Exoplanetas (P/300008)

F PÉREZ HERNÁNDEZ
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J. A. Belmonte Avilés, H. J. Deeg, A. Jiménez Mancebo, R. Alonso Sobrino, P. L. Pallé Manzano, C. Régulo Rodríguez, T. Roca Cortés, D. López Fernández-Nespral

Colaboradores del IAC: A. Eff-Darwich, J. Patrón Recio

R. García, S. Mathis, D. Salabert (IRFU/DSM/CEA Saclay, Francia); Mads F. Anderson; J. Christensen-Dalsgaard, F. Grundahl, H. Kjeldsen (Univ. Aarhus, Dinamarca); Enrico Corsaro (INAF Osservatorio Astrofisico di Catania, Italia); M. Cunha (CAUP, Portugal); G. Davies (Univ. Birmingham, RU); T. Metcalfe; T. Bedding (Univ. Sydney, Australia); D. Chou, J. Fernández (National Tsing Hua Univ., Taiwan);F. Hill (GONG-NSO, EEUU); J.C. Suárez, R. Garrido (IAA, Granada); S. Korzennik (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, EEUU); R. ; M. Deleuil (LAM Marseille, Francia); D. Gandolfi, (Univ. Heidelberg, Alemania y U. Torino, Italia); M. Fridlund (ESA/ESTEC); L. Doyle (SETI, EEUU); H. Rauer, J. Cabrera, Sz. Csizmadia (DLR, Alemania); V. Kozhevnikov (Ural State Univ., Rusia); D. Pollacco (Queens Univ. Belfast, RU); E. Günther, A. Hatzes (Tautenburg Obs, Alemania); T. Mazeh (Tel Aviv Univ., Israel); D. Queloz (Obs. Ginebra); J. Ballot (CNRS, Université de Toulouse, Francia); O. Creevey (Laboratoire Lagrange. Univ, Nice Sophia-Antipolis, Francia); T. Boyajian (Yale, EEUU); B. Tingley (Aarhus Univ., Dinamarca); P. Klagyivik (Konkoly, Hungria)

 

Introducción

Los objetivos genéricos de este Proyecto son: 1) el estudio de la estructura y dinámica del interior solar, 2) la extensión de dicho estudio al caso de otras estrellas, 3) la búsqueda y caracterización de planetas extrasolares por métodos fotométricos (principalmente mediante tránsitos por delante de sus estrellas principales) y espectroscópicos (variaciones en la velocidad radial de la estrella) y 4) el análisis de las atmósferas de estos planetas.

Para el primer objetivo se utiliza la Heliosismología tanto global (la que se obtiene de los modos propios de oscilación) como la Local (que deriva del estudio de ondas viajeras). Mediante la detección y estudio del espectro de modos globales de pulsación del Sol es posible inferir de modo preciso, información acerca de su estructura y dinámicas interna, es decir, la determinación de los perfiles de las variables físicas más importantes, desde su centro hasta su superficie. El presente Proyecto cubre las distintas facetas necesarias para alcanzar el objetivo antes mencionado: a) instrumental, en el que ya se ha trabajado intensamente en el pasado y aún se sigue haciendo a través de implicaciones en nuevos proyectos, tanto de instrumentación espacial como en tierra; b) observacional, en el que se realizan observaciones ininterrumpidas a lo largo del año desde varias redes mundiales de estaciones heliosismológicas (BiSON y GONG), además del acceso a los datos de los experimentos GOLF y VIRGO a bordo de la sonda espacial SOHO; c) técnicas de reducción, análisis e interpretación de los datos; d) desarrollo teórico de técnicas de inversión de datos y elaboración de Modelos de Estructura y Evolución del Sol. Los resultados ya obtenidos muestran que podemos conocer el Sol con una precisión del orden de un 1 por mil.

Por otro lado, la Astrosismología o Sismología estelar pretende obtener un conocimiento similar en otras estrellas. Esta rama de la Astrofísica está viviendo en estos momentos una edad de oro gracias a la enorme cantidad de estrellas observadas por las misiones espaciales CoRoT y Kepler. Con los datos obtenidos por estas misiones (ya finalizadas), está siendo posible extraer parámetros sismológicos globales de cientos de estrellas, tanto de estrellas tipo solar como de gigantes rojas, así como de estrellas pertenecientes a cúmulos. Con estos parámetros se pueden derivar relaciones de escala que nos permiten estimar parámetros estelares como la masa y el radio de las estrellas en amplios rangos evolutivos. Además, para muchas de estas estrellas, la calidad fotométrica de las observaciones está permitiendo la medida de modos acústicos y modos mixtos individuales, con lo cual se pueden desarrollar modelos muy precisos de la estructura interna de dichas estrellas. Todo ello se verá complementado con el desarrollo de la red SONG (Stellar Observations Network Group): una batería de telescopios en Tierra dotados con espectrógrafos de última generación y que permitirá una mayor y más precisa determinación de los modos propios de oscilación en estrellas brillantes.

La estrategia de utilización de tránsitos planetarios para descubrir la existencia de planetas alrededor de otras estrellas, consiste en la detección fotométrica de disminuciones de brillo de una estrella cuando uno de sus planetas está pasando por delante de la misma, es decir, entre ella y el observador. Actualmente esta metodología es la preferida para la investigación de planetas pequeños, no sólo por su sensibilidad sino también porque permite llevar a cabo estudios relativamente detallados de los planetas descubiertos. Esta tecnología es similar a la que también se utiliza para la Helio y Astrosismología por lo que se puede entender como una extensión lógica de lo aprendido con los anteriores objetivos. Por otro lado, es importante desarrollar algoritmos y métodos observacionales para la detección inequívoca y el análisis de los planetas, y para distinguirlos de los que son falsas alarmas.

Cuando un exoplaneta transita su estrella, la geometría excepcional de la órbita nos permite llevar a cabo una serie de observaciones de seguimiento. La mayor parte de las observaciones que han permitido aumentar el conocimiento acerca de las atmósferas de estos planetas procede de los exoplanetas con tránsitos. Mientras que gran parte de los resultados se obtuvieron gracias a telescopios espaciales como HST y Spitzer, en los últimos cuatro años varios instrumentos en Tierra han demostrado tener la precisión suficiente como para contribuir al campo. Desde el IAC, intentamos forzar las técnicas desde Tierra, para estudiar las características físicas de los exoplanetas tipo "Júpiter caliente". Esto es posible gracias a técnicas de espectroscopía de transmisión (consistente en medir el radio del exoplaneta en distintas longitudes de onda), o técnicas de ocultación (la medida de la profundidad del eclipse secundario -ocultación- del planeta nos proporciona directamente la emisión del lado diurno).

El panorama actual para los estudios de exoplanetas con misiones espaciales no contempla nuevas misiones hasta al menos finales del 2017, con el lanzamiento de CHEOPS, seguido por TESS, JWST y en 2024, PLATO. Por lo tanto, se abre una ventana temporal en la que los observatorios terrestres pueden liderar este campo. Estamos llevando a cabo observaciones usando principalmente TNG, NOT, GTC.

Hitos

Detectada la actividad magnética en un “Sol joven”, KIC 10644253, observado por la misión Kepler utilizando técnicas de Astrosismología

 

Las observaciones llevadas a cabo con la misión Kepler de la NASA, en la que más de 200 000 estrellas fueron estudiadas durante cuatro años ininterrumpidos, auguraban la interesante posibilidad de detectar la variabilidad en la actividad magnética de muchas estrellas similares al Sol. Esto ha quedado demostrado con los resultados obtenidos en este trabajo (Salabert at al., A&A,589, A118) en el que se ha puesto de manifiesto la variabilidad temporal en las frecuencias de los modos acústicos de una estrella análoga al Sol, pero más joven (1 Gyr), con un periodo característico de 1.5 años y correlacionado con la variación del índice fotométrico de variabilidad magnética (Sph). Los cambios observados en las frecuencias propias de oscilación son de la misma naturaleza y características similares a las observadas en el Sol. Las observaciones complementarias llevadas a cabo con el espectrógrafo HERMES (Mercator) situado en el Observatorio del Roque de los Muchachos han permitido obtener el índice de actividad cromosférica (S) y la abundancia de Li confirmando que KIC 10644253 es “un joven Sol” y mucho más activo que éste.
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Las anómalas variaciones de flujo de la estrella KIC 8462852

 

Observaciones de velocidades radiales llevadas a cabo por nuestro grupo junto con el análisis de los datos la misión Kepler revelaron que el objeto KIC8462852, presenta variaciones ocasionales de su brillo de un tipo desconocido hasta ahora y sin explicación satisfactoria (Boyajian et al., 2016, MNRAS 457, 3988). Este objeto ha motivado múltiples estudios posteriores a su descubrimiento y generó un gran eco en los medios de comunicación debido a la hipótesis de que el origen de las señales observadas se debiera a una megaestructura extraterrestre. La existencia de un grupo de cometas de gran tamaño parece ser la explicación más razonable. Nuestro grupo obtuvo tiempo en modo ToO en el GTC para reobservar este objeto con más detalle cuando vuelvan a producirse señales de interés.

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Serie temporal del flujo de KIC 8462852 durante los 4 años de observaciones de la misión Kepler. Los números corresponden a las variaciones de brillo identificadas pero inexplicadas, con amplitudes hasta el 20% del flujo normal (Boyajian et al., 2016).

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