Exoplanetas - Trappist 1

SISTEMA PLANETARIO TRAPPIST-1

TRAPPIST-1, también conocida como 2MASS J23062928-0502285, es una estrella enana ultra-fría de tipo espectral M8 V (enana roja de tipo avanzado) localizada a 39,13 años luz (12,0 pc) en la constelación de Acuario. Sus magnitudes en distintas longitudes de onda son: banda V = 18.798, banda R = 16.466 y banda I = 14.024.

Concepto del artista de lo que puede ser el sistema planetario TRAPPIST-1, basado en los datos disponibles sobre sus diámetros, masas y distancias de la estrella anfitriona.

Imagen comparativa entre el Sol y la estrella enana ultrafría TRAPPIST-1 a escala. La débil estrella tiene solo el 11 % del diámetro del Sol y su color es mucho más rojo.

La estrella TRAPPIST-1, una enana ultrafría, tiene siete planetas del tamaño de la Tierra que la orbitan. El concepto de este artista apareció en la portada de la revista Nature el 23 de febrero de 2017. Créditos: NASA / JPL-Caltech.

TRAPPIST-1 lleva el nombre de Pequeño Telescopio de Planetas Transitorios y Planetesimales (TRAPPIST) en Chile, que descubrió dos de los siete planetas TRAPPIST que conocemos hoy, anunciados en febrero de 2016. Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, en colaboración con telescopios terrestres , confirmó estos planetas y descubrió los otros cinco en el sistema.

La estrella enana ultrafría TRAPPIST-1 en la constelación de Acuario. En este mapa se muestran las estrellas que podemos ver a simple vista en una noche oscura y despejada en la extensa constelación de Acuario. Se ha marcado la posición de la estrella enana ultrafría TRAPPIST-1, débil y muy roja. Aunque está relativamente cerca del Sol es muy débil y no es visible con telescopios pequeños. Foto: ESO/IAU and Sky & Telescope.

Comparación con el Sistema Solar

Un equipo de astrónomos encabezado por Michaël Gillon, del Instituto de Astrofísica y Geofísica de la Universidad de Lieja en Bélgica, utilizó el telescopio TRAPPIST (Telescopio Pequeño para Planetas y Planetesimales en Tránsito) en el Observatorio de La Silla, en el desierto de Atacama (Chile), para observar TRAPPIST-1 y buscar planetas orbitando a la misma. Utilizando el tránsito fotométrico, descubrieron tres planetas del tamaño de la Tierra que orbitan la estrella; los dos planetas internos que se encontraron están acoplados por la gravedad a su estrella anfitriona, mientras que el planeta externo parece estar dentro de la zona habitable o justo en el exterior de esta en el sistema. El equipo hizo sus observaciones de septiembre a diciembre 2015 y publicó sus hallazgos en la edición de mayo 2016 de la revista Nature.

La estrella no es mucho más grande que Júpiter y emite una fracción de la radiación del Sol. Los tres pequeños planetas orbitan la estrella estrechamente (entre 1%, 1,5 % y 3% de la distancia de la órbita de la Tierra al Sol). Un año en el planeta más cercano es de 1,5 días de la Tierra; en el segundo, es de 2,4 días de la Tierra.

El 22 de febrero de 2017, los astrónomos anunciaron el descubrimiento de cuatro exoplanetas adicionales en torno a TRAPPIST-1. Además del TRAPPIST, este trabajo utilizó el VLT, Very Large Telescope, en el Observatorio Paranal y el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, entre otros, y llevó el número total de planetas que orbitan la estrella a siete, de los cuales al menos tres están en su zona habitable circunestelar.

En el año transcurrido desde que la NASA anunció los siete planetas del tamaño de la Tierra del sistema TRAPPIST-1 , los científicos han estado trabajando arduamente para comprender mejor estos mundos atractivos a solo 40 años luz de distancia. Gracias a los datos de una combinación de telescopios basados en el espacio y el suelo, sabemos más acerca de TRAPPIST-1 que cualquier otro sistema planetario además de nuestro sistema solar.

El concepto de este artista muestra cómo se verá el sistema planetario TRAPPIST-1, a partir de los datos disponibles sobre los diámetros, las masas y las distancias de los planetas desde la estrella anfitriona, a partir de febrero de 2018.

Créditos: NASA / JPL-Caltech.

Un nuevo estudio en la revista Astronomy and Astrophysics, utilizando datos de los telescopios espaciales Spitzer y Kepler de la NASA, ofrece la mejor imagen de lo que están hechos estos planetas. Utilizaron las observaciones del telescopio para calcular las densidades con mayor precisión que nunca, y luego usaron esos números en simulaciones complejas. Los investigadores determinaron que todos los planetas están hechos principalmente de roca. Además, algunos tienen hasta 5 por ciento de su masa en agua, que es 250 veces más que los océanos en la Tierra.

La forma en que el agua tome los planetas TRAPPIST-1 dependerá de la cantidad de calor que reciban de su estrella enana ultrafría, que es solo un 9 por ciento tan masiva como nuestro Sol. Los planetas más cercanos a la estrella son más propensos a albergar agua en forma de vapor atmosférico, mientras que los más alejados pueden tener agua congelada en sus superficies como hielo. TRAPPIST-1(e) es el planeta más rocoso de todos, pero aún se cree que tiene el potencial de albergar algo de agua líquida.

Esta ilustración muestra la posible superficie de TRAPPIST-1(f), uno de los planetas recién descubiertos en el sistema TRAPPIST-1. Los científicos que usan el Telescopio Espacial Spitzer y los telescopios terrestres han descubierto que hay siete planetas del tamaño de la Tierra en el sistema. Créditos: NASA / JPL-Caltech.

La cuestión de las atmósferas de los planetas también es importante para entender si el agua líquida podría estar presente en estas superficies, un ingrediente esencial para la habitabilidad. El Telescopio Espacial Hubble de la NASA ya ha estudiado seis de los siete planetas TRAPPIST-1, y se han publicado nuevos resultados en cuatro de ellos en Nature Astronomy. En el nuevo estudio, Hubble revela que al menos tres de los planetas TRAPPIST-1, (d), (e) y (f), no parecen contener atmósferas hinchadas y ricas en hidrógeno como los gigantes de gas de nuestro propio sistema solar. El hidrógeno es un gas de efecto invernadero y haría que estos planetas cercanos sean cálidos e inhóspitos para la vida.

En 2016, las observaciones de Hubble tampoco encontraron evidencia de atmósferas de hidrógeno en (b) y (c). Estos resultados y los nuevos, en cambio, favorecen atmósferas más compactas como las de la Tierra, Venus y Marte. Se necesitan observaciones adicionales para determinar el contenido de hidrógeno de la atmósfera del planeta (g).

Ambos estudios ayudan a allanar el camino para el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, cuya inauguración está programada para 2019. Webb explorará más profundamente las atmósferas planetarias en busca de gases más pesados como el dióxido de carbono, el metano, el agua y el oxígeno. La presencia de tales elementos podría ofrecer indicios de si la vida podría estar presente, o si los planetas son habitables.

"Las siete maravillas de TRAPPIST-1 son los primeros planetas del tamaño de la Tierra que se han encontrado orbitando este tipo de estrella", dijo Michael Gillon, autor principal del artículo y el investigador principal de la encuesta de exoplanetas TRAPPIST en la Universidad de Lieja, Bélgica. "También es el mejor objetivo aún para estudiar las atmósferas de mundos potencialmente habitables, del tamaño de la Tierra".

En contraste con nuestro sol, la estrella TRAPPIST-1-clasificada como una enana ultra-fría- es tan genial que el agua líquida podría sobrevivir en planetas que orbitan muy cerca de ella, más cerca de lo que es posible en los planetas de nuestro sistema solar. Las siete órbitas planetarias de TRAPPIST-1 están más cerca de su estrella anfitriona de lo que Mercurio es para nuestro sol. Los planetas también están muy cerca el uno del otro. Si una persona estuviera de pie en una de las superficies del planeta, podría mirar hacia arriba y posiblemente ver las características geológicas o las nubes de los mundos vecinos, que a veces parecerían más grandes que la luna en el cielo de la Tierra.

Los planetas también pueden estar bloqueados por marea a su estrella, lo que significa que el mismo lado del planeta está siempre frente a la estrella, por lo tanto, cada lado es perpetuo día o noche. Esto podría significar que tienen patrones climáticos totalmente diferentes a los de la Tierra, como fuertes vientos que soplan del lado diurno al lado nocturno y cambios extremos de temperatura.

Spitzer, un telescopio infrarrojo que recorre la Tierra mientras orbita el sol, era muy adecuado para estudiar TRAPPIST-1 porque la estrella brilla más intensamente en la luz infrarroja, cuyas longitudes de onda son más largas de lo que el ojo puede ver. En el otoño de 2016, Spitzer observó TRAPPIST-1 casi continuamente durante 500 horas. Spitzer se encuentra en una posición única en su órbita para observar suficientes cruces (tránsitos) de los planetas frente a la estrella anfitriona para revelar la compleja arquitectura del sistema. Los ingenieros optimizaron la capacidad de Spitzer para observar planetas en tránsito durante la "cálida misión" de Spitzer, que comenzó después de que el refrigerante de la nave espacial se agotara según lo planeado después de los primeros cinco años de operaciones.

"Este es el resultado más emocionante que he visto en los 14 años de operaciones de Spitzer", dijo Sean Carey, gerente del Centro de Ciencias Spitzer de la NASA en Caltech / IPAC en Pasadena, California. "Spitzer hará un seguimiento en el otoño para refinar aún más nuestra comprensión de estos planetas para que el Telescopio Espacial James Webb pueda dar seguimiento. Más observaciones del sistema seguramente revelarán más secretos".

Siguiendo con el descubrimiento de Spitzer, el Telescopio Espacial Hubble de la NASA ha iniciado la detección de cuatro de los planetas, incluidos los tres dentro de la zona habitable. Estas observaciones apuntan a evaluar la presencia de atmósferas hinchadas, dominadas por hidrógeno, típicas de mundos gaseosos como Neptuno, alrededor de estos planetas.

En mayo de 2016, el equipo de Hubble observó los dos planetas más interiores y no encontró evidencia de tales atmósferas hinchadas. Esto fortaleció el caso de que los planetas más cercanos a la estrella son de naturaleza rocosa.

"El sistema TRAPPIST-1 brinda una de las mejores oportunidades en la próxima década para estudiar las atmósferas alrededor de los planetas del tamaño de la Tierra", dijo Nikole Lewis, co-líder del estudio y astrónomo del Hubble en el Space Telescope Science Institute en Baltimore, Maryland. . El telescopio espacial Kepler de caza del planeta de la NASA también está estudiando el sistema TRAPPIST-1, realizando mediciones de los minúsculos cambios en el brillo de la estrella debido a los planetas en tránsito. Operando como la misión K2, las observaciones de la nave espacial permitirán a los astrónomos refinar las propiedades de los planetas conocidos, así como buscar planetas adicionales en el sistema. Las observaciones de K2 concluyen a principios de marzo y estarán disponibles en el archivo público.

Similitudes y diferencias con el sistema solar. Este esquema compara los tamaños, masas y temperaturas estimadas de los planetas de TRAPPIST-1 con los de planetas del Sistema Solar. Los colores indican las temperaturas y la línea negra coincide con la densidad y la composición de los planetas terrestres del Sistema Solar. Los planetas que están por encima de la línea son menos densos y los planetas que están por debajo son más densos.

Foto: ESO/S. Grimm et al.

Los exoplanetas de TRAPPIST-1 podrían ser mundos de agua.

Los siete planetas que componen el sistema orbitan una estrella enana roja tenue mucho más pequeña y más fría que nuestro propio sol. Las órbitas de los planetas son mucho más estrictas que en nuestro sistema solar, y están más cerca de su estrella de origen de lo que Mercurio es para el Sol. Se cree que tres de ellos se encuentran en la "zona habitable" donde podría existir agua líquida.

La última investigación proporciona una estimación mucho mejor de algunas de las densidades de los planetas y ayuda a reducir las posibilidades de atmósferas allí. Lo más emocionante es que ahora los astrónomos dicen que el agua parece estar presente en cantidades significativas en todos los planetas, en algunos casos hasta el cinco por ciento de la masa del planeta.

Debido a que los telescopios convencionales no son lo suficientemente potentes como para obtener información útil sobre los planetas directamente, los astrónomos deben confiar en otros métodos. Para tener una mejor idea de su densidad y, por lo tanto, de qué podrían estar hechos, los investigadores rastrearon la órbita de cada planeta. Los planetas TRAPPIST-1 están tan juntos que sus campos gravitatorios se tiran mutuamente mientras giran alrededor de su estrella. Al medir el poder de estos remolcadores, y al poner esos datos en un sofisticado algoritmo de modelado de computadora, los investigadores pudieron hacerse una idea de cuán denso era cada planeta.

La imagen que pinta es áspera, pero los investigadores encontraron que los planetas no eran lo suficientemente densos como para estar hechos solo de roca y metal. Los elementos volátiles y los compuestos con bajas temperaturas de ebullición deben estar presentes, dicen, y la mejor explicación es el agua. La cantidad varía, pero algunos planetas podrían tener más agua de la que existe en la Tierra. El agua podría ser líquida en los tres planetas dentro de la zona habitable, dicen los investigadores en un artículo publicado en la revista Astronomy & Astrophysics.  En los planetas más alejados de la estrella, una capa de hielo puede cubrir la superficie, y en el segundo planeta desde la estrella, es probable que esté presente una atmósfera espesa de vapor de agua.

"Las densidades, aunque son pistas importantes sobre las composiciones de los planetas, no dicen nada sobre la habitabilidad. Sin embargo, nuestro estudio es un importante paso adelante a medida que continuamos explorando si estos planetas podrían soportar vida ", dijo Brice-Olivier Demory, coautor del estudio de la Universidad de Berna, en un comunicado de prensa.

Los planetas del sistema TRAPPIST-1 se comparan con los planetas interiores del sistema solar en la impresión de este artista.

NASA / JPL-Caltech

Atmósfera

Cuando un planeta pasa frente a una estrella, parte de la luz brillará a través de su atmósfera, si tiene una. Si hay algún gas presente, alterará la luz de forma predecible, lo que permitirá a los astrónomos ver qué moléculas están flotando en la atmósfera. En este caso, los investigadores estaban buscando ver si los tres planetas en la zona habitable, así como otro, tenían el tipo de atmósferas gruesas que caracterizan a los gigantes de gas en nuestro propio sistema solar. Tal atmósfera sería rica en hidrógeno y libre de nubes, y haría menos probable el descubrimiento de agua líquida en la superficie.

Después de analizar los datos del Hubble, los investigadores no encontraron rastros de este tipo de atmósferas, lo que significa que los planetas son probablemente terrestres como la Tierra o Marte. Por supuesto, todavía podría existir una atmósfera de algún tipo, pero probablemente no sea tan espesa y sofocante como la que cubre planetas como Neptuno.

Estas observaciones llevaron las capacidades de Hubble al borde, dicen los investigadores. Para obtener mejores datos, tendremos que esperar al sucesor del telescopio, el Telescopio Espacial James Webb, que se lanzará en 2019. Debería permitir la detección de gases más pesados en la atmósfera y ayudar a refinar nuestra búsqueda de vida.

Fuente

NASA

ASTRONOMY  MAGAZINE

NASA / JPL-Caltech.

ESO/IAU and Sky & Telescope.

ESO/S. Grimm et al.