[Descargo de responsabilidad: no sé si esto es lo que los científicos realmente hacen, pero esto es lo que haría yo, con mi licenciatura en física.] Primero, debemos ser capaces de encontrar la masa de estrellas, luego podemos usar eso para encontrar la masa de planetas que orbitan estrellas. Bueno, para las estrellas necesitamos poder determinar primero la masa de nuestro sol. Esto se puede calcular de manera muy sencilla utilizando la ecuación que se encuentra en la masa solar. La única variable necesaria es el radio de la órbita de la tierra.
Luego, para otras estrellas, creo que los científicos tienen que confiar en la hipótesis de que todas las estrellas se rigen por el mismo comportamiento fundamental. Es decir, si se crean cientos de estrellas con la misma masa y composición química, serán más o menos idénticas.
Los científicos han descubierto cómo determinar la composición química de las estrellas en función de la luz que emiten (ver: espectroscopía astronómica). Analizar el espectro de una estrella nos dice qué proporción de la masa es de cada elemento. A continuación, y crucialmente importante, está el hecho de que la masa de una estrella, cuando se combina con su espectro, indica de manera muy confiable su brillo (ver: Luminosidad). (“Temperatura efectiva” es una manera elegante de hablar sobre si la estrella es “fría” (un color rojizo), “tibia” (un color más amarillento) o “caliente” (color blanquecino o azulado). Los telescopios observan la magnitud aparente (o luminosidad) de una estrella. La estrella parecerá más tenue de lo que realmente es porque hay polvo y otra materia en el espacio que la ocluye parcialmente. Por lo tanto, debe convertirse a magnitud absoluta. Esto es demasiado complicado de explicar aquí, pero tiene que ver con las intensidades relativas de la luz a diferentes temperaturas (por ejemplo: la cantidad de azul frente a amarillo / verde o la cantidad de amarillo / verde frente a rojo).
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Una vez que determinamos la magnitud absoluta, podemos buscar la masa en alguna tabla usando la temperatura y la magnitud absoluta. Estos pueden compilarse utilizando el hecho de que diferentes estrellas de la misma masa y composición se verán idénticas. Los científicos también tienen que confiar en las teorías que han desarrollado sobre la base de la física nuclear para determinar cómo extrapolar las mediciones del sol a otras estrellas. Esto se puede hacer con una relación masa-luminosidad.
Para los planetas, primero debes saber que es la masa de la estrella anfitriona. Luego, dependiendo de cómo observe el planeta, puede calcular su masa. Si puede determinar cuánto tiempo tarda su órbita (es decir, su período), entonces puede conectar la masa de la estrella y el período orbital en ecuaciones elegantes que fueron derivadas por personas muy inteligentes utilizando solo las leyes fundamentales de la física (ver: Binario función de masa). Convenientemente, las dos formas principales de descubrir planetas también proporcionan inherentemente los datos que necesita para determinar el período orbital:
- En tránsito: Básicamente, el planeta “transita”, o pasa frente a su estrella anfitriona (como se ve por los telescopios en y alrededor de la Tierra). El período orbital es simplemente el período de tiempo entre tránsitos sucesivos.
- Cambio Doppler: en lugar de planetas que orbitan una estrella perfectamente estacionaria, las estrellas y los planetas orbitan su centro de masa común. Si un planeta es lo suficientemente masivo, la estrella se moverá lo suficiente como para parecer tambalearse. Esta oscilación cambia el color aparente de una estrella (ver: espectroscopía Doppler). Tenga en cuenta que el color real es constante (aunque hay algunas estrellas que oscilan periódicamente en brillo y, por lo tanto, en color, y son cruciales para determinar qué tan lejos están otras galaxias, pero eso está más allá del alcance de esta respuesta; vea la variable Cefeida si eres curioso) Solo necesitamos determinar cuánto tiempo le toma a la estrella hacer 1 bamboleo para conocer su período.
Sin embargo, con el método Doppler, en realidad podemos usar el tamaño de la oscilación y la masa de la estrella para calcular directamente la masa del planeta. Básicamente, el tamaño de la oscilación será proporcional a la relación entre la masa de la estrella y la masa del planeta. Dado que tenemos dos de las tres variables, podemos resolver esta ecuación simple para encontrar la masa del planeta.
