Exoplanetas - Aportes y novedades

La cámara más avanzada del mundo tiene como objetivo obtener imágenes de exoplanetas habitables.

Con su alto índice de contraste, DARKNESS podría revelar planetas ocultos a la luz de sus estrellas anfitrionas.

La ilustración de un artista muestra Kepler-186f. Descubierto en 2014, fue el primer exoplaneta del tamaño de la Tierra que se confirmó que estaba orbitando en la zona habitable de una estrella. La luz brillante emitida por las estrellas anfitrionas generalmente eclipsa la tenue luz emitida por los exoplanetas, pero al ahorar la luz de las estrellas, DARKNESS espera obtener imágenes de exoplanetas 100 millones de veces más débiles que sus estrellas anfitrionas. NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle.

Los astrónomos han dedicado mucho tiempo y esfuerzo a la identificación de exoplanetas habitables, y con la nueva tecnología emergente, parece que su arduo trabajo podría dar sus frutos más pronto que tarde. El satélite de la Encuesta de Exoplane en tránsito de la NASA (TESS) , una misión que se espera que identifique a miles de candidatos exoplanetas, está programado para su lanzamiento en las próximas semanas, y el Telescopio Espacial James Webb para caza de exoplanetas  se lanzará en 2020. Si esos avances no son Es bastante prometedor que pronto se podría agregar una nueva tecnología a la búsqueda planetaria: la cámara más grande y avanzada del mundo.

Desarrollado por un equipo internacional de investigadores, el espectofotómetro superconductor con resolución infrarroja cercana al espectro oscuro  (DARKNESS) es un espectrógrafo de campo integral de 10.000 píxeles que puede diferenciar entre la luz emitida por los planetas y la luz emitida por las estrellas.

"Tomar una foto de un exoplaneta es extremadamente desafiante porque la estrella es mucho más brillante que el planeta, y el planeta está muy cerca de la estrella", dijo el investigador principal Benjamin Mazin, físico de la Universidad de California en Santa Bárbara, en una noticia la liberación .

DARKNESS, que está diseñado para adaptarse al telescopio Hale de 200 pulgadas en el Observatorio Palomar en California, funciona como un sensor de frente de onda de plano focal y una cámara. El sensor mide la luz de planetas y estrellas lo suficientemente rápido como para ajustar su espejo colector de luz 2.000 veces por segundo, lo que le permite contrarrestar las distorsiones atmosféricas y crear mayores relaciones de contraste entre las dos fuentes de luz. Su precisión a este ritmo es bastante impresionante, también. Incluso en el equivalente a miles de fotogramas por segundo, la cámara no produce ningún ruido de lectura, que se genera cuando la carga de píxeles se envía a la cámara. Tampoco produce ninguna corriente oscura, que es el ruido causado por los electrones térmicos que caen sobre los píxeles en ausencia de luz. Estos factores de ruido son causas comunes de errores fotográficos e imprecisiones.

DARKNESS también utiliza Detectores de Inductancia Cinética de Microondas para establecer el tiempo de llegada y la longitud de onda de cada fotón detectado por la cámara. La determinación del tiempo de llegada de los fotones permite a los investigadores diferenciar la luz planetaria de las "motas": luz dispersa de una estrella que podría confundirse con un planeta.

"Esta tecnología reducirá el piso de contraste para que podamos detectar planetas más débiles", dijo Mazin. "Esperamos acercarnos al límite de ruido de fotones, que nos dará proporciones de contraste cercanas a 10 -8 , permitiéndonos ver planetas 100 millones de veces más débiles que la estrella. En esos niveles de contraste, podemos ver algunos planetas en la luz reflejada, lo que abre un nuevo dominio de planetas para explorar. Lo realmente emocionante es que este es un avance tecnológico para la próxima generación de telescopios ".

El equipo de investigación todavía está resolviendo algunos problemas con DARKNESS, pero están continuamente probando sus capacidades y trabajando para mejorar su relación de contraste.

"Nuestra esperanza es que algún día podamos construir un instrumento para el Telescopio de Treinta Metros planeado para Mauna Kea en la isla de Hawai o La Palma", dijo Mazin. "Con eso, podremos tomar fotos de planetas en las zonas habitables de las estrellas de poca masa cercanas y buscar vida en sus atmósferas. Ese es el objetivo a largo plazo y este es un paso importante hacia eso ".

Super-Tierra potencialmente habitable encontrada durante la búsqueda de exoplanetas.

De 15 exoplanetas descubiertos recientemente, uno podría contener agua líquida

La ilustración de un artista muestra tres planetas orbitando una estrella enana roja tenue. Un estudio reciente de enanas rojas cerca de la Tierra descubrió 15 exoplanetas nunca antes vistos en sus órbitas. NASA / JPL-Caltech.

La búsqueda de habitabilidad fuera de nuestro sistema solar está en curso y no se ralentizará en el corto plazo. La búsqueda de exoplanetas no solo fomenta la búsqueda de vida extraterrestre, sino que también nos ayuda a comprender la formación y la evolución de los objetos celestes, incluidos los cercanos al hogar. Con la ayuda de telescopios basados en el espacio y en el suelo, un grupo de investigadores que observaron estrellas enanas rojas cerca de la Tierra identificaron 15 nuevos exoplanetas, y uno de ellos tiene el potencial de albergar agua líquida.

El equipo de investigadores, dirigido por Teruyuki Hirano del Departamento de Tecnología de la Tierra y Ciencias Planetarias del Instituto de Tecnología de Tokio, utilizó datos de la nave espacial Kepler de la NASA y observaciones del Telescopio óptico nórdico de España y del Telescopio Subaru de Hawai para llevar a cabo el estudio. Los hallazgos fueron publicados en The Astronomical Journal en una serie de dos artículos.

La " estrella " del estudio es K2-155, una enana roja brillante a unos 200 años luz de distancia. Los investigadores encontraron tres súper-Tierras (planetas más grandes que la Tierra pero más pequeños que Neptuno) que orbitan la estrella, con el planeta más lejano, K2-155d, potencialmente en su zona habitable. Al medir el radio de K2-155d, que se estima en aproximadamente 1,6 veces el de la Tierra, y al usar una simulación climática global 3-D, descubrieron que es muy probable que exista agua líquida en su superficie.

Sin embargo, el equipo no puede decir esto con certeza, porque el radio no medido y la temperatura de su estrella anfitriona podrían afectar la habitabilidad de K2-155d, la habitabilidad que también depende de las suposiciones que se incluyan en la simulación. "En nuestras simulaciones, se asumió que la atmósfera y la composición del planeta eran como las de la Tierra, y no hay garantía de que este sea el caso", dijo Hirano en un comunicado de prensa .

Además de estudiar K2-155d, el equipo evaluó las similitudes y diferencias entre los planetas que orbitan estrellas de tipo solar, como el Sol, y los planetas que orbitan las enanas rojas. Descubrieron que ambos tipos de sistemas tienen espacios de radio similares entre sus planetas, lo que significa que ninguno de ellos alberga planetas con radios entre 1.5 a 2 veces más que la Tierra . Los investigadores creen que esta brecha puede deberse a la foto evaporación, que destruye los planetas de su envoltura atmosférica exterior si se acercan demasiado a su estrella anfitriona, perdiendo masa en el proceso.

Los investigadores también buscaron correlaciones entre la metalicidad de una estrella anfitriona (la cantidad de elementos más pesados que el helio que contienen) y los radios de los planetas a su alrededor. Encontraron una ausencia de planetas grandes alrededor de las estrellas del host con baja metalicidad, como se esperaba. "Los planetas grandes solo se descubren alrededor de estrellas ricas en metales", dijo Hirano. "Y lo que encontramos fue consistente con nuestras predicciones. Se encontraron los pocos planetas con un radio aproximadamente tres veces mayor al de la Tierra en órbita alrededor de las enanas rojas más ricas en metales".

De cara al futuro, Hirano espera utilizar el Satélite de Encuesta de Exoplanetas en Transición (TESS) de la NASA, cuyo lanzamiento está previsto para abril, para realizar investigaciones de seguimiento y observar órbitas y atmósferas planetarias con mayor detalle.

"Los sistemas de enanas rojas, especialmente las enanas rojas más frías, apenas están comenzando a ser investigadas, por lo que son objetivos muy interesantes para futuras investigaciones de exoplanetas", dijo Hirano.

El destino de las exo-lunas cuando los planetas se dispersan

Se piensa que las interacciones del planeta son comunes a medida que los sistemas solares se forman y se establecen por primera vez. Un nuevo estudio sugiere que estos encuentros cercanos podrían tener un impacto significativo en las lunas de exoplanetas gigantes, y pueden generar una gran población de exo-lunas flotantes.

Representación del artista de una exo-luna alrededor de un exoplaneta gigante gaseoso. Un nuevo estudio explora el destino de tales lunas cuando los planetas interactúan. NASA / JPL-Caltech

Cuatro ejemplos de resultados de encuentros cercanos:

a) la luna permanece en órbita alrededor de su anfitrión,

b) la luna es capturada en órbita alrededor de su perturbador,

c) y d) la luna es expulsada del sistema desde dos configuraciones de inicio diferentes.

Adaptado de Yu-Cian Hong et al. 2018.

Caos en el sistema

En el modelo de dispersión planeta-planeta de la formación del sistema solar, se cree que los planetas se forman inicialmente en sistemas muy compactos. Con el tiempo, los planetas de un sistema se perturban mutuamente, y finalmente entran en una fase de inestabilidad durante la cual sus órbitas se cruzan y los planetas experimentan encuentros cercanos.

Durante este proceso de "dispersión", cualquier exoneración que esté en órbita alrededor de planetas gigantes puede ser golpeada en órbitas inestables directamente por encuentros cercanos con planetas perturbadores. Las exoneraciones también pueden alterarse si las propiedades u órbitas de sus planetas huéspedes cambian como consecuencia de la dispersión.

Dirigido por Yu-Cian Hong (Universidad de Cornell), un equipo de científicos ha explorado el destino de las exoneraciones en situaciones de dispersión planeta-planeta utilizando un conjunto de simulaciones numéricas de N-cuerpos.

Posibilidades de supervivencia

Hong y colaboradores encuentran que la gran mayoría - aproximadamente del 80 al 90% - de las exoneraciones alrededor de los planetas gigantes se desestabilizan durante la dispersión y no sobreviven en su lugar original en el sistema solar. Los destinos de estas exoneraciones desestabilizadas incluyen:

          colisión de la luna con la estrella o un planeta,

          captura de la luna por el planeta perturbador,

          eyección de la luna desde el sistema solar,

          eyección de todo el sistema planeta-luna del sistema solar, y

          perturbación de la luna en una nueva órbita heliocéntrica como un "planeta".

Como era de esperar, las exoneraciones que tienen órbitas cercanas y las que orbitan alrededor de planetas más grandes tienen más posibilidades de sobrevivir a encuentros cercanos; como ejemplo, las exoneraciones en órbitas similares a los satélites galileanos de Júpiter (es decir, que orbitan a una distancia de menos del 4% del radio de Hill de su planeta anfitrión) tienen un ~ 20-40% de probabilidad de supervivencia.

Luna semieje mayor inicial vs. tasa de supervivencia lunar. Tres de las lunas galileas de Júpiter se muestran como referencia.

Yu-Cian Hong et al. 2018.

Lunas flotantes

Una consecuencia intrigante de los resultados de Yu-Cian Hong y colaboradores es la predicción de una población de exolúmenes de flotación libre que fueron expulsados de los sistemas solares durante la dispersión planeta-planeta y que ahora deambulan por el universo en solitario. De acuerdo con los modelos de los autores, ¡puede haber tantas exoneraciones flotantes como estrellas en el universo!

Encuestas futuras que buscan objetos que usan microlentes gravitacionales, como la planeada con el Telescopio de reconocimiento infrarrojo de campo amplio (WFIRST), pueden detectar esos objetos hasta masas de una décima parte de la masa de la Tierra. Mientras tanto, estamos un poco más cerca de comprender la compleja dinámica de los primeros sistemas solares.

Hubble revela la atmósfera de exoplanetas más detallada que hemos visto hasta la fecha.

Los nuevos datos sugieren que WASP-39b hizo una migración fantástica a través de su sistema planetario.

WASP-39b está clasificado como un Saturno caliente que orbita una estrella similar al Sol, a 700 años luz de la Tierra. Los datos combinados de Hubble, Spitzer y telescopios terrestres lo convierten en la atmósfera más detallada que hemos observado fuera de nuestro sistema solar. NASA, ESA y G. Bacon (STScI).

Diseccionar las composiciones atmosféricas de los exoplanetas nos ayuda a interpretar el vasto y complejo universo en el que vivimos, y nuestro propio sistema solar, más cerca de casa. Nuestros hallazgos continuamente impulsan a la comunidad científica y pública por igual con una curiosidad curiosa, y con el conjunto más completo de observaciones jamás realizadas, las revelaciones atmosféricas del exoplaneta WASP-39b no decepcionaron.

Un equipo de investigadores británicos y estadounidenses combinó nuevos datos del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA con datos anteriores del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA y el Very Large Telescope de ESO para crear un análisis atmosférico increíblemente detallado del exoplaneta WASP-39b. Los resultados son el análisis más profundo de una atmósfera de exoplanetas posible con la tecnologíadisponible .

"Necesitamos mirar hacia afuera para ayudarnos a entender nuestro propio Sistema Solar", dijo la investigadora principal, Hannah Wakeford de la Universidad de Exeter y del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, en un comunicado de prensa .

La ausencia de nubes atmosféricas a gran altitud dio al Hubble una clara visión más profunda dentro de WASP-39b, por lo que es el objetivo perfecto para la observación. El exoplaneta se encuentra a 700 años luz de la Tierra y orbita una estrella similar al Sol. Debido a que WASP-39b es comparable en masa a Saturno, pero está mucho más cerca de su estrella que Saturno al Sol, se clasifica como un " Saturno caliente ". El nombre revela la evidente disparidad de temperatura: WASP-39b es un sofocante 1,382 grados Fahrenheit (750 grados Celsius), mientras que Saturno tiene un promedio de -288 grados Fahrenheit (-142 grados Celsius). El exoplaneta está bloqueado en forma de marea a su sol, lo que significa que el mismo lado está orientado hacia su estrella todo el tiempo, pero los fuertes vientos del mundo lanzan suficiente calor hacia su lado oscuro para que ambos lados estén igualmente calientes.

Se predijo que, como Saturno, WASP-39b sería el hogar del vapor de agua. El equipo probó esto al analizar la luz de las estrellas que pasaba a través de la atmósfera del exoplaneta. A medida que la luz de las estrellas viaja a través de la atmósfera, se combina con la emisión de átomos atmosféricos y moléculas en una sola señal. Al examinar el espectro y eliminar los componentes debido a la luz estelar, los investigadores pudieron ver los tipos y cantidades de gas atmosférico presentes.

Descubrieron que WASP-39b tiene mucha más agua de la esperada, aproximadamente tres veces la cantidad que tiene Saturno. La gran cantidad de agua implica que en un momento dado, el exoplaneta fue destruido con grandes cantidades de materiales helados que se acumularon en su atmósfera. Sin embargo, esto no hubiera sido posible con las temperaturas abrasadoras que llovían desde su estrella anfitriona. Los investigadores creen que WASP-39b en realidad se formó mucho más lejos de su estrella que se sienta ahora y procedió a hacer una caminata significativa hacia adentro con el tiempo.

"Los exoplanetas nos muestran que la formación de planetas es más complicada y más confusa de lo que pensábamos que era. ¡Y eso es fantástico! ", Dijo Wakeford.

El equipo espera realizar un análisis más profundo de WASP-39b con el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, que se lanzará en 2019 y podrá detectar carbono atmosférico. "Al calcular la cantidad de carbono y oxígeno en la atmósfera, podemos aprender aún más sobre dónde y cómo se formó este planeta", dijo Wakeford.

WASP-39b ocupa el trono de la atmósfera de exoplanetas más finamente observada por el momento, pero con nuestra velocidad de exploración y tecnología en constante avance, no debería ser demasiado cómoda.

Fuente

Astronomy/ AAS Nova/Amber Jorgenson/

NASA / JPL-Caltech

Universidad de Cornell /Yu-Cian Hong

NASA, ESA y G. Bacon (STScI).