René Heller del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar ya hizo que la comunidad científica se diera cuenta cuando él y su equipo descubrieron no menos de 18 exoplanetas previamente pasados ​​por alto en los datos del Telescopio Espacial Kepler. Ahora volvieron a tener éxito, esta vez para encontrar un planeta parecido a la Tierra que orbita alrededor de una estrella parecida al Sol. ¿Qué tiene de especial el nuevo método del Dr. Heller y su equipo?

La mayoría de los exoplanetas se han encontrado hasta ahora utilizando el llamado método de tránsito. ¿Cómo funciona este método y por qué tiene tanto éxito?

René Heller:Al usar el método de tránsito, buscamos atenuaciones cortas y repetitivas de una estrella, que son causados ​​por un planeta que pasa frente a la estrella cuando se ve desde la Tierra. Este evento se llama tránsito. Cuando miras una estrella elegida al azar, sin embargo, normalmente no se sabe si tiene un planeta en tránsito o incluso un planeta. Para encontrar nuevos tránsitos, normalmente tenemos que mirar una estrella durante mucho tiempo y sin pausa, normalmente durante semanas y, a veces, durante años. Pero eso no es suficiente:para que el método de tránsito funcione, necesitamos estar en el plano orbital del planeta alrededor de su estrella, cuando se ve desde la Tierra. De media, este es solo el caso de aproximadamente uno de cada cien exoplanetas. Y entonces necesitamos observar cientos y miles de estrellas continuamente.

Por tanto, el método de tránsito no es más prometedor que otros métodos, sino más bien se parece a la proverbial búsqueda de una aguja en un pajar. Su éxito se basa principalmente en la observación continua de un gran número de estrellas por el Telescopio Espacial Kepler de la NASA. Kepler ha descubierto miles de exoplanetas desde 2009, en total más de la mitad de todos los exoplanetas conocidos en la actualidad.

En años recientes, ha logrado mejorar el método de tránsito habitual. Cual es tu truco?

Hasta hace unos años, las grandes cantidades de datos que nos transmiten los telescopios hicieron necesario simplificar nuestros algoritmos de búsqueda asistida por computadora aquí y allá. De hecho, algunos algoritmos de búsqueda estándar primero degradaron la calidad de los datos usando lo que se llama 'agrupamiento' de datos, y luego buscó tránsitos en los datos de baja resolución. Solo esto hizo posible analizar la gran cantidad de estrellas, cada uno con años de mediciones de brillo continuas dentro de períodos de tiempo tolerables, como unos días o semanas. En los años pasados, sin embargo, el progreso en el poder de la computación nos ha permitido utilizar un algoritmo refinado.

Mi colega y especialista en TI Michael Hippke y yo hemos perfeccionado el procedimiento estándar para las búsquedas de tránsito de exoplanetas simplemente absteniéndonos de la agrupación de datos. Parte de la mayor carga de trabajo de la computadora puede ser absorbida por la potencia de la CPU moderna, pero también tuvimos que diseñar el código informático desde cero para hacerlo lo más eficiente posible. Ahora incluso funciona en una computadora portátil estándar. Por lo tanto, incluso puede encontrar un exoplaneta en un viaje en tren con una computadora portátil sobre las rodillas.

¿Cuántos exoplanetas pasados ​​por alto has podido rastrear?

Hasta aquí, hemos publicado 18 descubrimientos en los datos de Kepler. KOI-456.04 es ahora el exoplaneta número 19 que hemos identificado y que anteriormente ha sido pasado por alto por las técnicas de búsqueda estándar. De hecho, hemos detectado otras pocas docenas de candidatos, que actualmente estamos estudiando con más detalle antes de informarlos a la comunidad. Después de todo, no queremos vender un error de medición como un planeta. Más allá de nuestras propias búsquedas con el algoritmo actualizado, incluso hemos visto a otros equipos de investigación descargar nuestro código y usarlo para sus propias búsquedas. No me sorprendería que nuestro algoritmo se convirtiera en el nuevo estándar para las búsquedas de tránsito de exoplanetas.

Los datos del Telescopio Espacial Kepler probablemente ya se hayan analizado de manera exhaustiva y concluyente. No obstante, ¿espera más descubrimientos de planetas más pequeños, tal vez tan grande como la Tierra?

Usando métodos tradicionales, las posibilidades de encontrar exoplanetas en los datos de Kepler probablemente se hayan agotado, Estoy de acuerdo. Dicho eso Nuestras primeras búsquedas con nuestro nuevo algoritmo muestran que con este método todavía quedan interesantes descubrimientos por hacer en los datos. Es como si todos hubieran barrido sus escobas a través de los datos y ahora estuviéramos recolectando las migajas restantes con un meticuloso juego de escobillas y recogedor. Pero a diferencia de los residuos que recogerías del suelo, son estas pequeñas migajas, Planetas del tamaño de la tierra, que son los hallazgos más valiosos de la ciencia de los exoplanetas.

Durante los nueve años de funcionamiento, Kepler registró datos de medición de aproximadamente 150, 000 estrellas. ¿Cómo decides qué estrellas valen un segundo? ¿mirada más cercana?

La cuidadosa selección de las estrellas para ser reexaminadas fue crucial para nuestros descubrimientos anteriores. Usamos un truco pequeño pero valioso:no elegimos al azar uno de los 150, 000 estrellas de la misión Kepler; en lugar de, nos centramos en la segunda parte de la misión, la llamada misión K2, en el que ya se habían descubierto planetas en tránsito alrededor de un total de 517 estrellas. Para comprobar si nuestro método es realmente mejor que los métodos anteriores, simplemente revisamos todas las mediciones de brillo de estas 517 estrellas y buscamos planetas adicionales que podrían haberse perdido hasta ahora.

Como resultado, no solo encontramos todos los exoplanetas previamente conocidos, pero también descubrimos 18 nuevos. Puede que no parezca mucho 18 de 517. Sin embargo, no es solo la cantidad de planetas lo que es importante. Más importante es el hecho de que todos nuestros planetas recién descubiertos tienen aproximadamente el mismo tamaño que la Tierra y, por lo tanto, mucho más pequeños que la mayoría de los exoplanetas conocidos. Por supuesto, es por eso que inicialmente los habían extrañado.

Después de examinar los datos de K2, ahora hemos ampliado nuestra búsqueda a las más de 4000 curvas de luz de la primera misión Kepler de 2009 a 2013. Y nuevamente tuvimos éxito. El candidato planetario de radio terrestre de 1.9 KOI-456.04 alrededor de la estrella similar al sol Kepler-160 es solo nuestra primera publicación.

¿Por qué habla de KOI-456.04 como candidato planetario?

Hablando formalmente, la señal de este presunto planeta pasa una de nuestras pruebas estadísticas con una probabilidad del 85 por ciento. Eso significa que las posibilidades son 85:15, o casi seis a uno, que esta señal es realmente causada por un planeta y no por una variación estadística aleatoria de los datos o por un efecto instrumental. Seis a uno Yo diría que es una buena apuesta. Pero como astrónomos, queremos que la señal tenga una probabilidad del 99 por ciento, una probabilidad de noventa y nueve a uno, antes de otorgar formalmente el estatus planetario al candidato. Por ahora, KOI-456.04 sigue siendo un buen candidato.

¿Por qué es importante examinar tan de cerca un solo sistema estelar? ¿Qué aprendemos de un caso tan individual?

La humanidad invierte fondos y trabajo considerables, pero también corazón y alma en las observaciones de seguimiento de los exoplanetas o candidatos planetarios más interesantes. Aunque las inversiones financieras en investigación espacial son solo una milésima parte del presupuesto militar, no queremos perder el valioso tiempo de observación. En algún sentido, El tiempo de observación de un telescopio terrestre y espacial vale miles de millones de euros o dólares y ciertamente queremos evitar gastar ese tiempo en un objetivo de observación interesante, solo para descubrir que el objetivo no existe.

Es por eso que nos esforzamos mucho en nuestro estudio para determinar estadísticamente el estado planetario. Estrictamente hablando, esta caracterización del planeta —o planeta candidato— fue, con mucho, la parte que consumió más tiempo. Mi colega Michael Hippke y yo ya habíamos logrado descubrir KOI-456.04 en mayo de 2019, después de solo unos días de búsquedas de datos asistidas por computadora. El siguiente paso, la caracterización extremadamente compleja del sistema planetario alrededor de la estrella Kepler-160, Llevó mucho tiempo, pero aprendimos mucho con respecto a la automatización de nuestros métodos. La próxima vez seremos más rápidos y no nos llevará un año más hacer el examen de los candidatos después de la primera detección. Y la buena noticia es que ya hemos encontrado algunas docenas de candidatos más prometedores en los datos de Kepler.