Un equipo de astrónomos de la Universidad de Chicago y el Grinnell College busca cambiar la forma en que los científicos abordan la búsqueda de planetas similares a la Tierra que orbitan alrededor de estrellas distintas al sol. Favorecen adoptar un enfoque comparativo estadístico en la búsqueda de planetas habitables y vida más allá del sistema solar.

"La naturaleza de la prueba no debería ser:'¿Podemos señalar un planeta y decir, sí o no, ese es el planeta que alberga vida extraterrestre, "dijo Jacob Bean, profesor asociado de astronomía y astrofísica en la UChicago. "Es un ejercicio estadístico. ¿Qué podemos decir de un conjunto de planetas sobre la frecuencia de la existencia de entornos habitables, o la frecuencia de la existencia de vida en esos planetas? "

El enfoque estándar de la investigación de exoplanetas, o planetas que orbitan estrellas distantes, ha implicado estudiar un pequeño número de objetos para determinar si tienen los gases adecuados en las cantidades y proporciones adecuadas para indicar la existencia de vida. Pero en un artículo reciente con los coautores Dorian Abbot y Eliza Kempton en el Cartas de revistas astrofísicas , Bean describe la necesidad de "pensar en las técnicas y enfoques de la astronomía en este juego, no como científicos planetarios que estudian exoplanetas".

"La naturaleza nos ha proporcionado una gran cantidad de sistemas planetarios, "dijo Kempton, profesor asistente de física en Grinnell College en Iowa. "Si examinamos una gran cantidad de planetas con medidas menos detalladas, todavía podemos tener una idea estadística de cuán prevalentes son los entornos habitables en nuestra galaxia. Esto nos daría una base para el futuro, encuestas más detalladas ".

Kempton y Bean dan fe de los desafíos de realizar observaciones detalladas de un planeta potencialmente parecido a la Tierra. Juntos han estudiado previamente la supertierra conocida como GJ 1214b, un exoplaneta con una masa mayor que la de la Tierra pero menor que la de gigantes gaseosos como Neptuno y Urano. GJ 1214b resultó estar bastante nublado, lo que les impidió determinar la composición de su atmósfera.

"Un gran estudio estadístico nos permitirá observar muchos planetas, ", Dijo Kempton." Si cualquier objeto resulta ser particularmente difícil de observar, como GJ 1214b, eso no será una pérdida importante para el programa de observación en general ".

El observatorio Kepler cambia las reglas del juego

La inspiración para el artículo provino de la membresía de Bean en el Equipo de Definición de Ciencia y Tecnología que está evaluando el potencial de un nuevo telescopio espacial, Gran estudio UV / óptico / infrarrojo propuesto por la NASA (LUVOIR).

Una de las prioridades científicas de LUVOIR es la búsqueda de planetas similares a la Tierra. Durante una reunión de equipo, Bean y sus colegas enumeraron todas las propiedades de un exoplaneta potencialmente habitable que necesitan medir y cómo harían para obtener los datos. Dado el estado actual de la tecnología, Bean concluyó que es poco probable que los científicos puedan confirmar que un exoplaneta individual sea adecuado para la vida o si realmente hay vida allí.

Sin embargo, Los astrónomos han recopilado una impresionante cantidad de datos exoplanetarios del observatorio espacial Kepler de la NASA. que opera desde 2009.

"Kepler cambió por completo el juego, ", Dijo Bean." En lugar de hablar de unos pocos planetas o unas pocas decenas de planetas, de repente teníamos unos miles de candidatos a planetas. Eran candidatos a planetas porque Kepler no pudo probar definitivamente que la señal que estaba viendo se debía a los planetas ".

El enfoque estándar ha sido tomar observaciones adicionales para cada candidato para descartar posibles escenarios de falsos positivos. o detectar el planeta con una segunda técnica.

"Eso es muy lento. Un planeta a la vez, muchas observaciones diferentes, ", Señaló Bean. Pero una alternativa es hacer cálculos estadísticos para la probabilidad de falsos positivos entre estos miles de candidatos a exoplanetas. Ese nuevo enfoque condujo directamente a una buena comprensión de la frecuencia de exoplanetas de diferentes tamaños. Por ejemplo, Los científicos ahora pueden decir que la frecuencia de los planetas de tipo súper-Tierra es del 15 por ciento, más o menos el 5 por ciento.

Papel de la espectroscopia

Los estudios espectroscópicos juegan un papel clave en la caracterización de exoplanetas. Esto implica determinar la composición de una atmósfera planetaria midiendo sus espectros, la radiación distintiva que los gases absorben en sus propias longitudes de onda particulares. Bean y sus coautores sugieren centrarse en lo que se puede aprender midiendo los espectros de un gran conjunto de exoplanetas terrestres.

La espectroscopia puede, por ejemplo, ayudar a los investigadores exoplanetarios a verificar un fenómeno llamado retroalimentación de meteorización de silicatos, que actúa como termostato planetario. A través de la erosión de silicatos, la cantidad de dióxido de carbono atmosférico varía según los procesos geológicos. Los volcanes emiten dióxido de carbono a la atmósfera, pero la lluvia y las reacciones químicas que ocurren en rocas y sedimentos también eliminan el gas de la atmósfera.

El aumento de las temperaturas pondría más vapor de agua en la atmósfera, que luego llueve, aumentando la cantidad de dióxido de carbono disuelto que interactúa químicamente con las rocas. Esta pérdida de dióxido de carbono de la atmósfera tiene un efecto de enfriamiento. Pero a medida que un planeta comienza a enfriarse, la erosión de las rocas se ralentiza y la cantidad de dióxido de carbono se acumula gradualmente a partir de sus fuentes volcánicas, lo que provoca el aumento de las temperaturas.

Las observaciones a escala global sugieren que la Tierra ha experimentado retroalimentación de meteorización por silicatos. Pero los intentos de verificar que el proceso está operando hoy en la escala de cuencas hidrográficas individuales han resultado difíciles.

"Los resultados son muy ruidosos. No hay una señal clara, "Dijo Abbot." Sería genial tener otra confirmación independiente de exoplanetas ".

Los tres coautores están interesados ​​en desarrollar los detalles de los experimentos que propusieron en su artículo. Abbot planea calcular cuánto dióxido de carbono sería necesario para mantener un planeta habitable en un rango de intensidades de radiación estelar mientras cambia varios parámetros planetarios. También evaluará qué tan bien un instrumento futuro podría medir el gas.

"Luego, juntaremos esto para ver cuántos planetas necesitaríamos observar para detectar la tendencia que indica una retroalimentación de meteorización por silicatos, "Abbot explicó.

Bean y Kempton, mientras tanto, están interesados ​​en detallar qué es un censo estadístico de gases biológicamente significativos, como el oxígeno, el dióxido de carbono y el ozono podrían revelar sobre la habitabilidad planetaria.

"Me gustaría comprender mejor cómo algunos de los telescopios de la próxima generación podrán distinguir las tendencias estadísticas que indican planetas habitables, o habitados, "Dijo Kempton.