Figura 1:Este collage resume la investigación. Usando el telescopio reflector Okayama de 188 cm y el instrumento de observación MuSCAT (ver foto real en la parte inferior izquierda), Los investigadores lograron observar el planeta extrasolar K2-3d, que tiene aproximadamente el mismo tamaño y temperatura que la Tierra, pasar frente a su estrella anfitriona bloqueando parte de la luz que proviene de la estrella (ver visualización artística en la parte superior), haciendo que parezca atenuado (ver datos reales en la parte inferior derecha). Crédito:NAOJ
Un grupo de investigadores del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), la Universidad de Tokio, y el Centro de Astrobiología, entre otros, ha observado el tránsito de un planeta extrasolar potencialmente similar a la Tierra conocido como K2-3d utilizando el instrumento MuSCAT en el telescopio de 188 cm del Observatorio Astrofísico de Okayama. Un tránsito es un fenómeno en el que un planeta pasa frente a su estrella madre, bloqueando una pequeña cantidad de luz de la estrella, como una sombra del planeta. Aunque previamente se han observado tránsitos para miles de otros planetas extrasolares, K2-3d es importante porque existe la posibilidad de que albergue vida extraterrestre.
Al observar su tránsito con precisión utilizando la próxima generación de telescopios, como TMT, los científicos esperan poder buscar en la atmósfera del planeta moléculas relacionadas con la vida, como el oxígeno.
Con solo las observaciones previas del telescopio espacial, sin embargo, los investigadores no pueden calcular el período orbital del planeta con precisión, lo que dificulta predecir los tiempos exactos de los tránsitos futuros. Este grupo de investigación ha logrado medir el período orbital del planeta con una alta precisión de unos 18 segundos. Esto mejoró enormemente la precisión del pronóstico para los tiempos de tránsito futuros. Así que ahora los investigadores sabrán exactamente cuándo observar los tránsitos utilizando la próxima generación de telescopios. El resultado de esta investigación es un paso importante hacia la búsqueda de vida extraterrestre en el futuro.
K2-3d
K2-3d es un planeta extrasolar a unos 150 años luz de distancia que fue descubierto por la misión K2 de la NASA (la "segunda luz" del telescopio Kepler) (Nota 1). El tamaño de K2-3d es 1,5 veces el tamaño de la Tierra. El planeta orbita alrededor de su estrella anfitriona, que es la mitad del tamaño del Sol, con un plazo de unos 45 días. Comparado con la Tierra, el planeta orbita cerca de su estrella anfitriona (aproximadamente 1/5 de la distancia Tierra-Sol). Pero, porque la temperatura de la estrella anfitriona es más baja que la del Sol, Los cálculos muestran que esta es la distancia correcta para que el planeta tenga un clima relativamente cálido como el de la Tierra. Existe la posibilidad de que exista agua líquida en la superficie del planeta, planteando la tentadora posibilidad de vida extraterrestre.
Figura 2:Planetas en tránsito ubicados en la zona habitable (la región orbital donde un planeta podría contener agua líquida en la superficie), trazada en términos de radio del planeta frente a la magnitud de la estrella anfitriona (brillo). Los círculos negros representan planetas confirmados descubiertos por la misión Kepler y los círculos blancos representan candidatos a planetas no confirmados. Los triángulos naranjas representan los planetas del tamaño de la Tierra TRAPPIST-1c y TRAPPIST-1d observados a 40 años luz de distancia por un telescopio terrestre. Se cree que TRAPPIST-1c y TRAPPIST-1d están fuera de la zona habitable, pero están trazados como referencia. La estrella anfitriona de K2-3d (estrella roja) es la más brillante en esta figura. Crédito:NAOJ
La órbita de K2-3d está alineada de modo que, visto desde la Tierra, transita (pasa frente a) su estrella anfitriona. Esto causa, pequeño, Disminuciones periódicas del brillo de la estrella. ya que el planeta bloquea parte de la luz de la estrella. Esta alineación permite a los investigadores sondear la composición atmosférica de estos planetas mediante la medición precisa de la cantidad de luz estelar bloqueada en diferentes longitudes de onda.
Cerca de 30 planetas potencialmente habitables que también tienen órbitas en tránsito fueron descubiertos por la misión Kepler de la NASA. pero la mayoría de estos planetas orbitan más débilmente, estrellas más distantes. Debido a que está más cerca de la Tierra y su estrella anfitriona es más brillante, K2-3d es un candidato más interesante para estudios de seguimiento detallados (ver Figura 2). La disminución del brillo de la estrella anfitriona causada por el tránsito de K2-3d es pequeña, sólo el 0,07%. Sin embargo, Se espera que la próxima generación de grandes telescopios (Nota 2) sea capaz de medir cómo varía esta disminución de brillo con la longitud de onda. permitiendo investigaciones de la composición de la atmósfera del planeta. Si existe vida extraterrestre en K2-3d, los científicos esperan poder detectar moléculas relacionadas con él, como el oxígeno, en la atmósfera.
Observaciones de MuSCAT y mejoras en las efemérides de tránsito
El período orbital de K2-3d es de unos 45 días. Dado que el período de estudio de la misión K2 es de solo 80 días para cada área del cielo, los investigadores solo pudieron medir dos tránsitos en los datos de K2. Esto no es suficiente para medir el período orbital del planeta con precisión, así que cuando los investigadores intentan predecir los tiempos de los tránsitos futuros, creando algo llamado "efemérides de tránsito, "Hay incertidumbres en los tiempos pronosticados. Estas incertidumbres aumentan a medida que intentan predecir más en el futuro. Por lo tanto, Se requirieron observaciones de tránsito adicionales tempranas y ajustes a las efemérides antes de que los investigadores perdieran la pista del tránsito. Debido a la importancia de K2-3d, el telescopio espacial Spitzer observó dos tránsitos poco después del descubrimiento del planeta, llevando el total a cuatro medidas de tránsito. Sin embargo, La adición de una sola medición de tránsito más adelante en el futuro puede ayudar a producir efemérides significativamente mejoradas.
Figura 3:Desviación del tiempo de tránsito predicho de las efemérides de tránsito K2-3d mejoradas según esta investigación. La línea roja continua indica los tiempos predichos basados en esta investigación, el área sombreada muestra el rango de incertidumbre. Cuadrícula, triangulos, y los círculos son, respectivamente, los datos del tiempo de tránsito del telescopio Kepler, Telescopio espacial Spitzer, y el último instrumento de observación MuSCAT en el Telescopio Reflector Okayama de 188 cm. Las marcas grises muestran los valores calculados en investigaciones anteriores y las marcas negras representan los valores recalculados en esta investigación. Las líneas punteadas de color púrpura y naranja son las efemérides de tránsito calculadas en investigaciones anteriores utilizando los datos de K2 y K2 + Spitzer, respectivamente. Esta investigación logró corregir las predicciones para los tiempos de tránsito de 2018 en más de una hora. Crédito:NAOJ
Usando el telescopio reflector Okayama de 188 cm y el último instrumento de observación MuSCAT, el equipo observó un tránsito de K2-3d por primera vez con un telescopio terrestre. Aunque una disminución del brillo del 0,07% está cerca del límite de lo que se puede observar con los telescopios terrestres, La capacidad de MuSCAT para observar tres bandas de longitud de onda simultáneamente mejoró su capacidad para detectar el tránsito. Al volver a analizar los datos de K2 y Spitzer en combinación con esta nueva observación, Los investigadores han mejorado enormemente la precisión de las efemérides, determinando el período orbital del planeta dentro de unos 18 segundos (1/30 de la incertidumbre original). Esta efemérides de tránsito mejorada (Figura 3) asegura que cuando la próxima generación de grandes telescopios entre en funcionamiento, sabrán exactamente cuándo estar atentos a los tránsitos. Por lo tanto, los resultados de esta investigación ayudan a allanar el camino para futuros estudios de vida extraterrestre.
Trabajo futuro
La misión NASA K2 continuará hasta al menos febrero de 2018, y se espera que descubra más planetas potencialmente habitables como K2-3d. Es más, Sucesor de K2, el Satélite de reconocimiento de exoplanetas en tránsito (TESS), se lanzará en diciembre de 2017. TESS inspeccionará todo el cielo durante dos años, y se espera que detecte cientos de planetas pequeños como K2-3d cerca de nuestro Sistema Solar. Para caracterizar una 'Segunda Tierra' utilizando la próxima generación de grandes telescopios, Será importante medir las efemérides y las características de los planetas con observaciones de tránsito adicionales utilizando telescopios terrestres de tamaño mediano. El equipo continuará utilizando MuSCAT para la investigación relacionada con la búsqueda futura de vida extraterrestre.
