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).
