La nave espacial Kepler vigila más de 156, 000 estrellas. Hasta aquí, El famoso telescopio espacial de la NASA ha tenido éxito en su búsqueda de exoplanetas. Vea más imágenes de exploración espacial. Imagen cortesía de NASA Mucho antes de que existieran los telescopios, astrónomos o historia escrita, la gente miraba hacia las "estrellas errantes" que los observadores posteriores llamarían planetas. Mientras aplicamos nuestros mitos de reinos lejanos a estos cuerpos celestes, comenzamos a preguntarnos sobre la posibilidad de vida en otros mundos, una idea que nos ha cautivado desde entonces.
En décadas recientes, astrónomos armados con radiotelescopios, Los observatorios orbitales y otras poderosas herramientas de alta tecnología han comenzado a responder esa pregunta. En 1995, Los astrónomos de la Universidad de Ginebra Michel Mayor y Didier Queloz anunciaron el descubrimiento del primer planeta fuera de nuestro sistema solar. un gigante parecido a Júpiter que orbita alrededor de una estrella de "secuencia principal" similar a nuestro sol, 51 Pegaso [fuente:Mayor y Queloz]. Desde entonces, otros, incluidos los científicos de la misión Kepler de la NASA, han estado en una búsqueda para encontrar más de estos exoplanetas , como los llaman los astrónomos. En particular, su objetivo es identificar rocoso, Orbes similares a la Tierra que se encuentran dentro de la llamada "zona Ricitos de Oro", es decir, a la distancia justa de sus estrellas para tener temperaturas superficiales que sostengan agua líquida, y así al menos hacer posible el desarrollo de la vida [fuente:Borucki].
Armados con telescopios de última generación y otras herramientas de alta tecnología, los astrónomos están descubriendo nuevos mundos a un ritmo asombroso. A principios de 2012, Los científicos de Kepler, que han estado escaneando 150, 000 estrellas distantes en busca de signos de planetas que las orbitan, han identificado alrededor de 2, 300 "candidatos, "u objetos que pueden ser planetas [fuente:Brumfiel]. A finales de enero de 2012, anunciaron el descubrimiento de 11 nuevos sistemas planetarios, incluidos 26 exoplanetas confirmados, que aparentemente van desde posibles planetas rocosos aproximadamente una vez y media el radio de la Tierra, a gigantes gaseosos más grandes que Júpiter. Una estrella, Kepler-33 , tiene un sistema solar de cinco planetas, que varían en tamaño de una y media a cinco veces el tamaño de la Tierra [fuente:NASA].
Pero esos descubrimientos pueden ser solo la punta del iceberg. Los científicos de Kepler estiman que puede haber hasta 50 mil millones de exoplanetas en la Vía Láctea [fuente:O'Neill]. José Catanzarita, un astrónomo en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, dijo a Space.com en 2011 que hasta 2 mil millones de ellos pueden tener una escala similar a la de la Tierra. "Con ese gran número, hay muchas posibilidades de que exista vida y tal vez incluso vida inteligente en algunos de esos planetas, ", agregó [fuente:Choi].
Entonces, qué instrumentos y técnicas utilizan los científicos para localizar exoplanetas, y como funcionan
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Buscar planetas fuera de nuestro sistema solar es un poco como tratar de leer un sello postal pegado a la lámpara de un faro distante:las estrellas madre brillan tan intensamente que su resplandor ahoga todo lo demás. Para compensar, Los científicos han ideado métodos ingeniosos para detectar exoplanetas midiendo sus efectos en sus estrellas madre.
Un planeta influye en su estrella de dos formas útiles. Primero, su gravedad tira de la estrella ligeramente de un lado a otro mientras el planeta la orbita. Segundo, el planeta bloquea una pequeña cantidad de luz cuando pasa frente a la estrella (desde nuestro punto de vista).
Podemos detectar estos efectos utilizando algunos métodos prácticos, cada uno con sus propias fortalezas y debilidades. Vamos a abordar astrometria primero. A medida que la gravedad de un planeta en órbita tira de su estrella madre, hace que la estrella tambalearse en su camino a través del cielo. Podemos discernir este minúsculo movimiento midiendo con precisión la posición de la estrella. Basado en el período , o el tiempo que tarda la estrella en completar un bamboleo, podemos calcular el período y el radio de la órbita del planeta, junto con la masa del planeta. La astrometría es mejor para encontrar planetas masivos con órbitas alejadas de sus soles.
Espectroscopia Doppler también hace uso de este empuje y tirón gravitacional, pero mientras que la astrometría usa el movimiento relativo de lado a lado de la estrella, este método utiliza el desplazamiento Doppler que resulta de que el planeta tira de su estrella hacia la Tierra, luego lejos de él. A medida que la estrella se mueve hacia la Tierra, su luz está comprimida, o "desplazado al azul, "hacia las longitudes de onda más cortas del espectro. A medida que se aleja de nosotros, vemos que las ondas de luz se extienden hacia el extremo rojo (longitud de onda más larga) del espectro. Midiendo el espectro de una estrella a lo largo del tiempo, podemos detectar cambios Doppler causados por un planeta o planetas que mueven la estrella hacia y lejos de nosotros.
Los cambios Doppler también nos dicen la velocidad radial (qué tan rápido la estrella se acerca y se aleja de nosotros). Como se podría esperar, velocidades radiales más grandes significan planetas más grandes. Según la masa de la estrella y el período del cambio, también podemos calcular el radio orbital del planeta. Este método es el más adecuado para detectar planetas masivos ubicados cerca de su estrella madre, y solo puede estimar la masa mínima de tales planetas.
Fotometría no busca bamboleos o cambios. En lugar de, Observa la atenuación reveladora del brillo de una estrella que resulta cuando un exoplaneta en órbita tránsitos , o pasa entre ella y nosotros.
La combinación de los tres métodos permite a los astrónomos desarrollar una imagen mucho más clara de estos planetas. Próximo, Exploraremos cómo la misión Kepler utiliza la fotometría para realizar un censo estelar de planetas potencialmente habitables.
Kepler es la primera misión de la NASA capaz de encontrar planetas del tamaño de la Tierra alrededor de otras estrellas. Su principal objetivo es generar una estimación base, o censo, del número de planetas que orbitan dentro de zonas habitables, donde las condiciones son adecuadas para que exista agua líquida.
El paquete de instrumentos no orbita la Tierra en un satélite:está alojado dentro de una nave espacial de 9 pies (2,7 metros) de diámetro y 15,3 pies (4,7 metros) de altura que orbita el sol. siguiendo nuestro planeta de origen.
Kepler utiliza un telescopio de campo muy amplio y un fotómetro (fotómetro) para medir las variaciones de brillo en más de 156, 000 estrellas simultáneamente [fuente:Ames Research Center, La NASA encuentra candidatos a planetas del tamaño de la Tierra]. Se toman estas lecturas cada 30 minutos porque los tránsitos pueden requerir de una hora a medio día, dependiendo de la órbita del planeta y el tipo de estrella involucrada.
Los científicos de la misión también emplean datos espectroscópicos de observatorios terrestres para ayudar a confirmar los candidatos a planetas y utilizar observaciones estelares para eliminar otros factores de confusión. como las estrellas binarias (un par de estrellas que giran alrededor de un centro de masa común).
El vecindario Cygnus-Lyra fue elegido como el área de estudio porque está bien poblado de estrellas y se encuentra lo suficientemente alto por encima del plano orbital de la Tierra que el sol, La Tierra y la Luna no se interpondrán en el camino de las observaciones de Kepler. Las estrellas están entre 600 y 3, 000 años luz de distancia. Desde nuestra perspectiva, cubren un área equivalente a 1/400 del cielo [fuente:Harwood].
Kepler detecta planetas mediante el método fotométrico o de tránsito, lo que significa que detecta la pequeña disminución en el brillo de una estrella que se produce cuando un planeta en órbita pasa entre su estrella y nosotros. Una vez que el análisis de datos identifica un evento de atenuación, los científicos buscan nuevas caídas de la misma magnitud, duración y período para confirmar la existencia del planeta.
Esto no es poca cosa:un planeta del tamaño de la Tierra que se cruza frente a una estrella del tamaño de un sol atenúa su luz en un mero 0,01 por ciento. A la gente de la NASA le gusta decir que detectar una caída tan pequeña es como ver una pulga arrastrándose por un faro desde varias millas de distancia. Los planetas del tamaño de Júpiter proyectan una sombra más grande. Aún así, visto desde fuera de nuestro sistema solar, El tránsito de Júpiter solo disminuye el brillo de nuestro sol entre un 1 y un 2 por ciento [fuente:Ames Research Center, PREGUNTAS MÁS FRECUENTES].
Hay más. Para que el método de tránsito funcione, un planeta debe pasar casi perfectamente a lo largo de nuestra línea de visión, cuyas posibilidades son de alrededor del 0,5 por ciento para un planeta del tamaño de la Tierra (en una órbita del tamaño de la Tierra) y del 10 por ciento para un planeta del tamaño de Júpiter (si orbita cerca de su estrella) [fuente:Ames Research Center, PREGUNTAS MÁS FRECUENTES].
Para decirlo de otra manera:incluso si comprobamos 100, 000 estrellas que en realidad tenían planetas similares a la Tierra, sólo podríamos "ver" 500 de ellos a través del método de tránsito. Usando probabilidades como estas, los científicos pueden estimar la población planetaria de nuestra galaxia a partir de las observaciones de Kepler.
La zona de Ricitos de oroPara que un planeta sea susceptible a la vida, una serie de factores deben ser "correctos". Un buen candidato debería ser un planeta terrestre (rocoso). Idealmente, debe medir entre la mitad y el doble del tamaño de la Tierra, pero lo importante es que es lo suficientemente masivo para contener una atmósfera, pero no tanto como para convertirse en un gigante gaseoso como Júpiter o un gigante de hielo como Neptuno.
También debe estar ubicado en la zona habitable, una distancia de la estrella madre donde la temperatura de la superficie no congelará el agua líquida ni la evaporará. La ubicación de esta zona varía según las características de la estrella.
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Antes de que apareciera Kepler, el establo de planetas distantes localizados por astrónomos numerados en decenas y centenas, no miles. Sin embargo, Este fue un número extraordinario considerando las limitaciones que enfrentan los científicos que utilizan los instrumentos disponibles, en particular los telescopios terrestres, que requieren que los investigadores compensen las distorsiones atmosféricas.
Entre 2005 y 2008, los investigadores descubrieron cinco supertierras, cada uno con masas de entre cinco y diez veces la de la Tierra.
En 2008, Los astrónomos que utilizaron la cámara de infrarrojo cercano y el espectrómetro de objetos múltiples del telescopio espacial Hubble detectaron dióxido de carbono en un exoplaneta por primera vez. El método implicó restar los datos espectroscópicos de la estrella madre de los datos combinados de la estrella y el planeta. Desafortunadamente, el exoplaneta del tamaño de Júpiter HD 189733 b orbita demasiado cerca de su estrella para ser habitable, pero la técnica podría proporcionar información valiosa si se aplica a otros candidatos habitables. Los científicos están interesados en el dióxido de carbono porque, como el metano, puede apuntar a procesos biológicos.
En 2009, Los astrónomos informaron del primer exoplaneta jamás encontrado a través de la astrometría, agregándolo a la lista de 350 planetas previamente encontrados por el método de desplazamiento Doppler. Si hubiera sido confirmado VB 10b habría inclinado la balanza a seis veces más masivo que Júpiter. Sin embargo, Las observaciones posteriores de espectroscopía Doppler no pudieron detectar los cambios de velocidad radial esperados en su estrella madre, VB 10, y la afirmación fue refutada [fuente:Bean].
Ese mismo año, utilizando seis meses de observaciones de telescopios terrestres de estilo aficionado, los científicos anunciaron GJ 1214b , un planeta 6,5 veces más masivo que la Tierra y 2,7 veces más ancho. Los investigadores creen que el planeta podría estar compuesto principalmente de agua. GJ 1214b orbita una estrella enana roja a más de 40 años luz de la Tierra a una distancia equivalente a una cuadragésima parte del espacio entre Mercurio y nuestro sol.
¿Qué descubrimientos se realizaron en 2010 y 2011?
Misiones futurasLos hallazgos de Kepler respaldarán dos misiones planificadas:la Misión de interferometría espacial (SIM) y el Buscador de planetas terrestres (TPF) - determinando qué tipos de estrellas cercanas es probable que posean planetas. Esta información le dirá a SIM y TPF dónde apuntar sus instrumentos.
Ambas misiones utilizarán una técnica llamada interferometría de anulación para cancelar el resplandor de una estrella objetivo y revelar planetas en órbita. Dos telescopios miran la misma estrella, pero la luz de un telescopio se desfasa medio paso con la luz del otro antes de que se combinen, provocando que se cancelen entre sí. En cambio, la luz del planeta se combina de una manera que fortalece su señal.
TPF combina sus observaciones interferométricas con datos de un coronógrafo , que cancela el deslumbramiento al bloquear la luz directa de la estrella con un objeto físico de modo que solo la corona de la estrella sea visible, como un piloto que bloquea el sol con el pulgar. Con la mayor parte del resplandor reducido, los planetas en órbita se vuelven más visibles.
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La versión de un artista del sistema planetario Kepler-11 y nuestro sistema solar desde una perspectiva inclinada. Esa perspectiva ayuda a mostrar que las órbitas de cada uno se encuentran en planos similares. Imagen cortesía de NASA En marzo de 2010, Los investigadores anunciaron otro hito:un planeta 1 similar a Júpiter, A 500 años luz de la Tierra que era relativamente frío y que podía estudiarse en detalle. Porque el satélite COROT lo descubrió, fue apodado COROT-9b . El trabajo anterior ya había encontrado otros planetas geniales, pero COROT-9b fue el primero en transitar entre su estrella y la Tierra. Esto significaba que los científicos podían estudiar tanto su tamaño (por la cantidad que disminuyó la luz de su estrella madre) como su composición atmosférica (por la forma en que la luz de las estrellas interactuaba con ella al pasar por su atmósfera) [fuente:ESA].
COROT-9b se encuentra en la zona habitable de su estrella pero, porque es un mundo gaseoso, los científicos no lo consideran probable que sea hospitalario para la vida. Su atmósfera puede contener agua, sin embargo, y un planeta tan grande también podría tener una luna habitable [fuente:ESA].
A finales de septiembre de 2010, un grupo de astrónomos en los Estados Unidos que utilizó datos espectroscópicos de instrumentos terrestres anunció el descubrimiento de un planeta potencialmente hospitalario, Gliese 581g , orbitando la estrella Gliese 581 a solo 20 años luz de distancia. El anuncio provocó una gran expectación porque el planeta se encontró tan cerca de la Tierra, y solo 15 años después de que los astrónomos identificaran los primeros exoplanetas. Poco después del anuncio, sin embargo, Los grupos científicos comenzaron a plantear dudas sobre el descubrimiento [fuente:Wall].
Los investigadores ya habían encontrado evidencia de otros planetas en el mismo sistema de enanas rojas, Dos de los cuales ( Gliese 581d y Gliese 581e ) orbitó en los márgenes de la zona habitable. Entonces, ¿Cuál de los hijos de Gliese 581 tomaría la corona como el mejor candidato encontrado hasta ahora para sostener la vida? El problema era demasiado complicado para resolverlo fácilmente. La detección espectroscópica de planetas requiere atenuar el ruido inherente a los datos de observación y luego determinar qué suposiciones utilizar. Los mismos datos pueden argumentar a favor de diferentes números de planetas dependiendo de si asume órbitas excéntricas (altamente elípticas) o casi circulares. Los científicos aún tenían que llegar a un consenso en el momento en que se escribió este artículo.
En enero de 2011, la misión Kepler confirmó el hallazgo de su primer planeta rocoso, estimado en 1,4 veces el tamaño de la Tierra. Ubicado bien fuera de la zona habitable, Kepler-10b se destaca como el planeta más pequeño descubierto fuera de nuestro sistema solar hasta ahora.
Y en febrero de 2011, Los científicos de Kepler anunciaron el descubrimiento de cinco planetas, cada una orbitando en las zonas habitables de estrellas más pequeñas y frías que nuestro sol. Si se confirma, estos representarán los primeros planetas de tamaño similar a la Tierra encontrados en zonas habitables. Kepler localizó seis planetas confirmados que orbitan una estrella similar al sol, Kepler-11, 2, 000 años luz de la Tierra. Este constituye el grupo más grande de planetas en tránsito que orbitan una sola estrella jamás descubierto fuera de nuestro sistema solar [fuente:NASA].
Si bien esos descubrimientos han sido trascendentales, Es importante recordar que hasta ahora Kepler solo ha buscado una pequeña fracción del universo conocido. Bien puede ser que en los años venideros, Los científicos harán hallazgos aún más sorprendentes, que incluyen, quizás, un planeta parecido a la Tierra que alberga seres vivos.
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