82 G. Eridani (HD 20794) siempre ha sido una de mis estrellas favoritas. Situada a unos 20 años luz, es una G8 (el Sol es una G2), una de las estrellas del tipo G más cercanas al Sistema Solar.
Mi interés por 82 G. Eridani empezó en 2011 cuando el mítico astrónomo Francesco Pepe (Observatorio de Ginebra), uno de los astrónomos que consiguió convertir el legendario espectrógrafo HARPS en lo que actualmente es, dejó un precioso artículo en el Arxiv, con el resultado de la búsqueda de planetas en algunas estrellas cercanas del tipo solar.
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| Una estrella orbitando alrededor de una estrella del tipo solar (Crédito: Wincustomize.com) |
Para 82 G. Eridani, Pepe conseguía encontrar tres planetas no muy grandes y en órbitas circulares. Orbitaban por dentro de la Zona Habitable y estaban demasiado calientes. La Zona Habitable quedaba vacía pero donde había tres planetas podría haber más… Y eso despertaba mis esperanzas de encontrar un sistema más o menos parecido al Sistema Solar.
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| La Zona Habitable y los tres planetas de la solución de Pepe, 2011. (Fuente: Habitable Zone Gallery,.) |
La precisión alcanzada en los tres planetas era inferior a 1 m/s, exquisita para la época (2011), casi de Ciencia Ficción. Especialmente reducida era la del planeta de 40 días, con 0,56 m/s:
“(...) la señal de 40 días es una detección fiable pero menos aparente en el diagrama de VR. Dada la reducida amplitud, que podría ser la señal de velocidad radial inducida por un planeta más débil detectada hasta la fecha, y porque el periodo está cercano al periodo de rotación de la estrella, permanecemos cautos sobre este tercer candidato. Dentro de nuestro programa seguiremos observando esta estrella para confirmar la naturaleza planetaria del componente si es posible.”
Esperé con impaciencia los resultados de algún observatorio que refinase los cálculos o aportase planetas adicionales, pero era en vano: Ningún otro observatorio de la época pudo confirmar o desmentir el hallazgo porque ninguno otro podía alcanzar tal calidad en sus mediciones.
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| Los tres planetas de la solución de Pepe junto a los cibturones detectados por Kennedy. (Fuente: Wikipedia) |
En 2015 llegó un artículo de Kennedy et al. que analizaba la existencia de cinturones de escombros (debris). Al parecer en 82 G. Eridani el telescopio Herschel había descubierto la débil señal de un cinturón.
Y ha sido en 2017, tras una ardiente espera (¡por fin!) esta semana tenemos nuevas estimaciones de los planetas de 82 G. Eridani, basadas en el análisis de la rica muestra de 5.150 mediciones de velocidad radial obtenidas con HARPS. El estudio lo lidera Fabo Feng, junto a Mikko Tuomi, ambos pertenecientes a la Universidad de Hertfordshire. Tuomi es un experimentado científico de datos del que ya hemos comentado algunos artículos. Entre otras muchas cosas, publicó en 2012 cinco posibles planetas en Tau Ceti y es miembro del equipo Pale Red Dot.
Estamos ya en 2017, pero estudiar planetas por debajo de 1 m/s sigue siendo adentrarse en un territorio peligroso, aunque necesario, si se quieren estudiar planetas mínimamente interesantes en una estrella del tipo solar. Por debajo de 1 m/s se está al límite de lo que la tecnología en VR puede aportar actualmente. Hay que recordar esa señal de 0,51 m/s que Xavier Dumusque creyó identificar en Alfa Centauri B y finalmente resultó ser un falso positivo…
Nos adentramos, pues, por decirlo de alguna manera, en “territorio comanche” y más vale ir bien pertrechado. Incluso, a pesar de que 82 G. Eridani es una estrella muy estable, es necesario utilizar planteamientos robustos frente al ruido inducido por la actividad estelar. Feng considera los típicos indicadores, que nos alarman cuando la actividad estelar está distorsionando las señales de VR:
- BIS. El bisector es un sofisticado indicador que mide el grado de asimetría de las líneas espectrales partiendo de la función de correlación cruzada (CCF).
- FWHM, que determina algo así como el grosor de las líneas espectrales que se están estudiando por Doppler. Se obtiene también analizando la función de correlación cruzada.
- El Índice S, obtenido de la intensidad de las líneas de emisión Ca II H&K.
Como esto no parece suficiente, Feng aporta una idea ingeniosa. Consiste en dividir la señal en varios paquetes agrupados en función de la longitud de onda. Claro, el ruido depende de la longitud de onda, pero la señal del planeta no (este es uno de los motivos por el que los espectrógrafos en el infrarrojo han despertado tantas expectativas). Estos paquetes son muy útiles para ajustar un sofisticado modelo del ruido, que incorpora, además del efecto de las diferencias entre las distintas longitudes de onda, el efecto lineal asociado a los indicadores de actividad y un efecto de media móvil con un suavizado exponencial.
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| Diagrama con el planteamiento de Feng. 1AP1 contiene todas las líneas espectrales. nAPi solo contiene determinados rangos de líneas espectrales que permiten una mejor caracterización del ruido. (Fuente: Feng, 2017) |
Lo siguiente es el típico planteamiento bayesiano: El modelo del ruido se combina con la señal de los planetas en una función de verosimilitud que se ajusta con un robusto algoritmo MCMC a los datos observados. El resultado es un modelo del ruido muy sofisticado. Tras muchos análisis se elige un modelo de ruido basado en una media móvil con 4 retardos y 5 parámetros para ajustar el ruido dependiendo de la longitud de onda.
Una vez caracterizado el ruido ya si se va a las medias de VR que tienen en cuenta la totalidad de las rayas espectrales, por ser el dato con menor dispersión. Aparecen 6 señales que podrían ser planetas, 3 de ellas coincidentes con las de Pepe en 2011.
Las órbitas resultantes son excéntricas y esto es un problema. Tanto, que si se hiciera un análisis dinámico del sistema probablemente no sería estable. Es típico que la falta de calidad de los datos normalmente se traduzca en elevadas excentricidades (o en un número elevado de planetas). El autor argumenta que quizá no se ha corregido perfectamente el ruido estelar o bien que hay algún error instrumental.
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| Las 6 señales de la solución de Feng. Hasta ahora solo 3 de ellas parecen planetas. Se necesitan más datos. (Fuente: Feng, 2017) |
Aunque queda trabajo por hacer y se necesitan más datos, este estudio supone una confirmación espectacular de los resultados de Pepe de 2011, al menos para dos de los planetas. Tiene mucho mérito que alguien en 2011 estimase tres planetas apoyándose en señales tan minúsculas (0,8, 0,5 y 0,6 m/s para b, g y c) y que en dos casos (b y c) haya acertado. La señal de g (la más débil) también aparece en los datos de Feng, aunque no puede confirmarse que sea un planeta.
Además, hay un nuevo planeta (d) y dos señales más dudosas (e y f). Una de las señales (e) tiene un periodo de 330 días y está en la Zona Habitable. Se necesitan más datos para saber qué pueda haber en la Zona Habitable de esta estrella. A priori podría haber una supertierra de unas 10 Mt, pero no es seguro.
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| Los parámetros de las 6 señales de Feng. (Fuente: Feng, 2017) |
Fabo Feng no se ha conformado con estudiar esta estrella. Está en trámite el estudio de otra estrella cercana de tipo G, y esta es aún más famosa: Tau Ceti. No está en el Arxiv, como si NATURE quisiera llevarse la primicia...
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| Fabo Feng. (Fuente: Universidad de Herfordshire) |
Algo se está preparando. Sigamos atentos…
Por el momento la lista de los planetas en estrellas del tipo solar a menos de 20 años luz queda así. Creo que no voy a tardar mucho en tener que actualizarla:
2011. El fenomenal estudio de Francesco Pepe se apoyaba en métodos frecuentistas, como los habituales periodogramas. Consiguió así detectar dos planetas que hoy, en 2017, han sido confirmados. El tercero, sobre el que él ya mostró dudas, no ha podido ser confirmado.
2015. Kennedy et al. Sobre el cinturón de debris de 82 G. Eridani.
2016. El método de las medias móviles para caracterizar el ruido estelar siempre me produjo un escepticismo saludable. Era una técnica novedosa y Tuomi era la única persona que lo aplicaba (Tau Ceti). Esto y el hecho de que Tau Ceti parecía estar siendo observada por uno de los polos me hacía sospechar de unos planetas que no están confirmados. Sin embargo, poco a poco me van convenciendo. En este artículo Feng muestra las bondades del método, como un compromiso entre falsos positivos y negativos. Por su parte, los métodos de ruido blanco suelen tener falsos positivos (son arriesgados), mientras los de procesos gaussianos suelen tener falsos negativos (son conservadores).
2017. Por si el artículo anterior de Feng sugiriera dudas (Feng comparte universidad con Tuomi) en este paper de Xavier Dumusque (del CfA, es el astrónomo que creyó detectar un planeta en Alfa Centauri B) también muestra el buen rendimiento de este algoritmo de medias móviles para eliminar el ruido rojo.
2017. El fenomenal artículo de Fabo Feng sobre 82 G. Eridani (HD 20794)
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