Al pensar en descubrimientos de exoplanetas similares a la Tierra, inmediatamente me viene a la mente el telescopio espacial Kepler. Todavía, no es solo Kepler, sino también información basada en tierra del espectrógrafo HARPS-N, que permitió al consorcio ETAEARTH obtener información sobre estos planetas con un grado de precisión nunca antes alcanzado.

Una iniciativa conjunta entre Europa y EE. UU., ETAEARTH (Midiendo Eta_Earth:Caracterización de sistemas planetarios terrestres con Kepler, HARPS-N, y Gaia), tenía la tarea de medir las masas dinámicas de los candidatos a planetas terrestres descubiertos por la misión Kepler. El proyecto se entregó más allá de las expectativas, siendo responsable de la mayoría de los descubrimientos de planetas similares a la Tierra realizados durante los últimos cinco años.

Dr. Alessandro Sozzetti, coordinador del proyecto e investigador del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia, analiza los resultados del proyecto.

Hay mucha investigación en curso dedicada a los análogos de la Tierra. ¿Qué hace que ETAEARTH se destaque?

Durante los cinco años del proyecto, ETAEARTH ha combinado la fantástica precisión fotométrica de las misiones Kepler y K2 de la NASA y la calidad inigualable de las mediciones de velocidad radial desde tierra con el espectrógrafo HARPS-N en el Telescopio Nazionale Galileo (TNG) italiano en las Islas Canarias. El objetivo era determinar las propiedades físicas de los planetas extrasolares terrestres en órbita alrededor de estrellas de tamaño similar o más pequeño que el Sol. con una precisión sin precedentes.

Los científicos de ETAEARTH tenían una ventaja considerable sobre otros equipos de investigación porque teníamos acceso a un llamativo programa de Observaciones en tiempo garantizado (GTO) con HARPS-N @ TNG, para un total de 400 noches de observación durante cinco años. Una inversión de tiempo tan grande en el telescopio fue clave para el éxito espectacular del proyecto.

¿Cuál es el valor agregado de combinar los datos de KEPLER y HARPS-N?

Kepler y K2 explotan la técnica de los tránsitos planetarios:miden la caída de la luz de una estrella cuando un planeta la cruza, revelando el tamaño del planeta. HARPS-N, por otra parte, mide los cambios en la velocidad de la estrella debido a la atracción gravitacional de un planeta en órbita, permitiéndonos determinar su masa.

De la combinación de estas dos observaciones, podemos calcular la densidad del planeta y determinar su composición global (por ejemplo, rocoso, rico en agua rico en gas, etc.) con alta precisión.

¿Puedes contarnos más sobre tu metodología?

ETAEARTH seleccionó cuidadosamente a los candidatos a exoplanetas de radio pequeño Kepler y K2 en función de sus posibilidades de que sus masas se midieran con precisión con HARPS-N. Luego diseñamos estrategias de observación adaptativas adaptadas a cada sistema, dependiendo, por ejemplo, de la magnitud de la señal buscada con HARPS-N y del período orbital del candidato.

Una vez que se completó una campaña de observación para un objetivo determinado, determinamos con precisión los parámetros físicos fundamentales de la estrella central, es decir, su masa y radio, ya que solo el conocimiento preciso de estas cantidades nos permite obtener estimaciones precisas de los parámetros planetarios.

El siguiente paso en nuestra metodología implicó un análisis combinado sofisticado de los datos disponibles de Kepler / K2 y HARPS-N para derivar todos los parámetros orbitales y físicos del sistema (tanto para planetas en tránsito únicos como múltiples). Finalmente, Nuestras mediciones de densidades planetarias se compararon con predicciones de la teoría para respaldar la composición real del planeta (s).

¿Cuáles fueron las principales dificultades que enfrentó en este proceso y cómo las superó?

El mayor desafío que tuvimos que enfrentar surgió al lidiar con la actividad estelar. Este fenómeno, producido principalmente por puntos en la superficie de la estrella que aparecen y desaparecen a medida que la estrella gira (al igual que nuestro Sol), introduce complicaciones en la interpretación de los datos, en particular los recopilados con HARPS-N. A veces puede enmascarar por completo o incluso imitar una señal planetaria. ¿Crees que estás viendo un planeta? ¡pero en cambio estás midiendo con precisión la actuación de la estrella!

Nuestra curva de aprendizaje fue empinada, pero al final lo logramos, utilizando un enfoque doble:primero, Adaptamos nuestras estrategias de observación con HARPS-N para asegurarnos de que pudiéramos muestrear suficientemente bien las señales estelares y planetarias. Con la mejor distribución temporal posible de nuestras observaciones, Luego, desarrollamos herramientas de análisis sofisticadas que nos permitieron desenredar de manera efectiva las señales planetarias y las producidas por la actividad estelar.

¿Cuáles diría que fueron sus hallazgos más importantes?

Pudimos aprender por primera vez sobre la física de los interiores de estos objetos. Hemos determinado notablemente con alta precisión (20 por ciento o mejor) la composición del 70 por ciento de los planetas conocidos actualmente con masas entre una y seis veces la de la Tierra y con una composición rocosa similar a la de la Tierra.

Entre estos, descubrimos Kepler-78b, el primer objeto planetario que tiene una masa similar, radio y densidad a la Tierra. También hemos encontrado los dos planetas rocosos en tránsito más cercanos, orbitando la estrella de tipo solar HD219134 a solo 21 años luz de distancia. Esta muestra dorada de planetas con parámetros bien restringidos nos permitió inferir que todos los planetas densos con masas por debajo de las seis masas terrestres (incluida la Tierra y Venus) están bien descritos por exactamente la misma composición rocosa (en términos técnicos, la misma proporción fija de hierro a silicato de magnesio).

Más destacado, ETAEARTH proporciona las primeras restricciones sobre la densidad de K2-3d, un planeta en un sistema de tránsito múltiple que es similar a la Tierra en masa y orbita dentro de la Zona Habitable de la estrella conocida hasta la fecha como la más cercana en masa al Sol. K2-3d parece pertenecer a la todavía esquiva clase de 'mundos acuáticos', con una densidad algo más baja que la de la Tierra.

Finalmente, utilizando información de la muestra completa de objetos encontrados por Kepler, hemos determinado que una de cada cinco estrellas de tipo solar alberga un planeta similar a la Tierra, es decir, un objeto con un tamaño similar a la Tierra que orbita dentro de la Zona Habitable de su estrella madre de tipo solar.

¿Cuáles son sus planes de seguimiento? ¿Si alguna?

Nuestros planes posteriores a ETAEARTH se centrarán principalmente en aprovechar el enorme potencial que está a punto de ser desatado por el nuevo actor importante en el campo de los exoplanetas, La misión TESS de la NASA que se lanzó con éxito hace solo unas semanas.

TESS encontrará planetas en tránsito sobre la mayor parte del cielo observable con radios no mucho más grandes que el de la Tierra, y alrededor de estrellas típicamente de cinco a diez veces más brillantes que las observadas por Kepler. Algunos de estos pequeños planetas orbitarán a distancias de la Zona Habitable de sus estrellas centrales (típicamente de menor masa que el Sol).

Planeamos invertir grandes cantidades de recursos de observación de ambos hemisferios mientras continuamos usando HARPS-N y el nuevo cazador de planetas europeo de ultra alta precisión ESPRESSO en el Very Large Telescope en los Andes chilenos para medir masas y densidades de los mejores candidatos proporcionados por TESS. Hacer esto podría aumentar drásticamente la muestra de objetivos óptimos susceptibles de investigación de sus atmósferas.