Un nuevo estudio proporciona la estimación más precisa de la frecuencia con la que los planetas que son similares a la Tierra en tamaño y en distancia de su estrella anfitriona ocurren alrededor de estrellas similares a nuestro Sol. Conocer la velocidad a la que ocurren estos planetas potencialmente habitables será importante para diseñar futuras misiones astronómicas para caracterizar los planetas rocosos cercanos alrededor de estrellas similares al sol que podrían sustentar la vida. Un artículo que describe el modelo aparece el 14 de agosto de 2019 en el Diario astronómico .

El telescopio espacial Kepler de la NASA ha descubierto miles de planetas. Kepler, que fue lanzado en 2009 y retirado por la NASA en 2018 cuando agotó su suministro de combustible, observaron cientos de miles de estrellas e identificaron planetas fuera de nuestro sistema solar (exoplanetas) al documentar eventos de tránsito. Los eventos de tránsitos ocurren cuando la órbita de un planeta pasa entre su estrella y el telescopio, bloqueando parte de la luz de la estrella para que parezca atenuarse. Midiendo la cantidad de atenuación y la duración entre tránsitos y usando información sobre las propiedades de la estrella, los astrónomos caracterizan el tamaño del planeta y la distancia entre el planeta y su estrella anfitriona.

"Kepler descubrió planetas con una amplia variedad de tamaños, composiciones y órbitas, "dijo Eric B. Ford, profesor de astronomía y astrofísica en Penn State y uno de los líderes del equipo de investigación. "Queremos utilizar esos descubrimientos para mejorar nuestra comprensión de la formación de planetas y planificar misiones futuras para buscar planetas que puedan ser habitables. Sin embargo, simplemente contar exoplanetas de un tamaño o distancia orbital determinados es engañoso, ya que es mucho más difícil encontrar pequeños planetas lejos de su estrella que encontrar grandes planetas cerca de su estrella ".

Para superar ese obstáculo los investigadores diseñaron un nuevo método para inferir la tasa de ocurrencia de planetas en una amplia gama de tamaños y distancias orbitales. El nuevo modelo simula 'universos' de estrellas y planetas y luego 'observa' estos universos simulados para determinar cuántos de los planetas habrían sido descubiertos por Kepler en cada 'universo'.

"Utilizamos el catálogo final de planetas identificados por Kepler y propiedades estelares mejoradas de la nave espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea para construir nuestras simulaciones, "dijo Danley Hsu, estudiante de posgrado en Penn State y primer autor del artículo. "Al comparar los resultados con los planetas catalogados por Kepler, caracterizamos la tasa de planetas por estrella y cómo eso depende del tamaño del planeta y la distancia orbital. Nuestro enfoque novedoso permitió al equipo dar cuenta de varios efectos que no se han incluido en estudios anteriores ".

Los resultados de este estudio son particularmente relevantes para planificar futuras misiones espaciales para caracterizar planetas potencialmente similares a la Tierra. Mientras que la misión Kepler descubrió miles de planetas pequeños, la mayoría están tan lejos que a los astrónomos les resulta difícil conocer detalles sobre su composición y atmósferas.

"Los científicos están particularmente interesados ​​en buscar biomarcadores (moléculas indicativas de vida) en las atmósferas de planetas del tamaño aproximado de la Tierra que orbitan en la 'zona habitable' de estrellas similares al Sol, "dijo Ford." La zona habitable es un rango de distancias orbitales en las que los planetas podrían soportar agua líquida en sus superficies. La búsqueda de evidencia de vida en planetas del tamaño de la Tierra en la zona habitable de estrellas similares al sol requerirá una gran misión espacial nueva ".

El tamaño de esa misión dependerá de la abundancia de planetas del tamaño de la Tierra. La NASA y las Academias Nacionales de Ciencias están actualmente explorando conceptos de misiones que difieren sustancialmente en tamaño y capacidades. Si los planetas del tamaño de la Tierra son raros, entonces los planetas similares a la Tierra más cercanos están más lejos y un gran, Se requerirá una misión ambiciosa para buscar evidencia de vida en planetas potencialmente similares a la Tierra. Por otra parte, si los planetas del tamaño de la Tierra son comunes, entonces habrá exoplanetas del tamaño de la Tierra orbitando estrellas cercanas al Sol y un observatorio relativamente pequeño podría estudiar sus atmósferas.

"Si bien la mayoría de las estrellas que observó Kepler se encuentran típicamente a miles de años luz de distancia del Sol, Kepler observó una muestra lo suficientemente grande de estrellas como para que podamos realizar un análisis estadístico riguroso para estimar la tasa de planetas del tamaño de la Tierra en la zona habitable de estrellas cercanas como el Sol ”, dijo Hsu.

Basado en sus simulaciones, los investigadores estiman que planetas muy cercanos a la Tierra en tamaño, de tres cuartos a una vez y media el tamaño de la tierra, con períodos orbitales que van desde 237 a 500 días, ocurren alrededor de aproximadamente una de cada cuatro estrellas. En tono rimbombante, su modelo cuantifica la incertidumbre en esa estimación. Recomiendan que las futuras misiones de búsqueda de planetas planifiquen una tasa real que varíe desde un planeta por cada 33 estrellas hasta casi un planeta por cada dos estrellas.

"Saber con qué frecuencia deberíamos esperar encontrar planetas de un tamaño y período orbital determinados es extremadamente útil para optimizar los estudios de exoplanetas y el diseño de próximas misiones espaciales para maximizar sus posibilidades de éxito, ", dijo Ford." Penn State es un líder en traer métodos estadísticos y computacionales de última generación al análisis de observaciones astronómicas para abordar este tipo de preguntas. Nuestro Instituto de Ciencias Cibernéticas (ICS) y el Centro de Astrosestadística (CASt) proporcionan la infraestructura y el apoyo que hacen posible este tipo de proyectos ".

El Centro de Exoplanetas y Mundos Habitables de Penn State incluye profesores y estudiantes que participan en el espectro completo de la investigación de planetas extrasolares. Un equipo de Penn State construyó el Buscador de planetas de la zona habitable, un instrumento para buscar planetas de baja masa alrededor de estrellas frías, que recientemente inició operaciones científicas en el Telescopio Hobby-Eberly, de la cual Penn State es socio fundador. Se está probando un segundo espectrógrafo construido por Penn State antes de que comience un estudio complementario para descubrir y medir las masas de planetas de baja masa alrededor de estrellas similares al sol. Este estudio hace predicciones de lo que encontrarán tales estudios de planetas y ayudará a proporcionar un contexto para interpretar sus resultados.

Además de Ford y Hsu, el equipo de investigación incluye a Darin Ragozzine y Keir Ashby en la Universidad Brigham Young. La investigación fue apoyada por la NASA; la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF); y el Eberly College of Science, el Departamento de Astronomía y Astrofísica, el Centro de Exoplanetas y Mundos Habitables, y el Centro de Astrosestadística de Penn State. Los recursos y servicios informáticos avanzados fueron proporcionados por el Penn State Institute for CyberScience, incluido el grupo CyberLAMP financiado por la NSF.