Un grupo internacional de colaboradores, incluidos científicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y la Universidad de Nuevo México, he descubierto una nueva, exoplaneta del tamaño de un subneptuno templado con un período orbital de 24 días que orbita una estrella enana M cercana. El reciente descubrimiento ofrece interesantes oportunidades de investigación gracias a la atmósfera sustancial del planeta, pequeña estrella y qué tan rápido se aleja el sistema de la Tierra.

La investigación, titulado TOI-1231 b:A Templado, Planeta del tamaño de Neptuno en tránsito por la cercana enana M3 NLTT 24399, se publicará en un futuro número de El diario astronómico. El exoplaneta TOI-1231 b, fue detectado usando datos fotométricos del Satélite de Estudio de Exoplanetas en Tránsito (TESS) y seguido con observaciones usando el Espectrógrafo Buscador de Planetas (PFS) en el telescopio Magellan Clay en el Observatorio Las Campanas en Chile. El PFS es un sofisticado instrumento que detecta exoplanetas a través de su influencia gravitacional en sus estrellas anfitrionas. Mientras los planetas orbitan a sus anfitriones, las velocidades estelares medidas varían periódicamente, revelando la presencia planetaria e información sobre su masa y órbita.

La estrategia de observación adoptada por el TESS de la NASA, que divide cada hemisferio en 13 sectores que se examinan durante aproximadamente 28 días, está produciendo la búsqueda de todo el cielo más completa para planetas en tránsito. Este enfoque ya ha demostrado su capacidad para detectar planetas grandes y pequeños alrededor de estrellas que van desde estrellas enanas M similares al sol hasta estrellas enanas M de baja masa. M estrellas enanas, también conocida como enana roja, son el tipo de estrella más común en la Vía Láctea y constituyen alrededor del 70 por ciento de todas las estrellas de la galaxia.

Las enanas M son más pequeñas y poseen una fracción de la masa del sol y tienen poca luminosidad. Debido a que una enana M es más pequeña, cuando un planeta de un tamaño determinado transita por la estrella, la cantidad de luz bloqueada por el planeta es mayor, haciendo que el tránsito sea más fácilmente detectable. Imagina un planeta parecido a la Tierra pasando frente a una estrella del tamaño del sol, bloqueará un poquito de luz; pero si pasa frente a una estrella mucho más pequeña, la proporción de luz bloqueada será mayor. En un sentido, esto crea una sombra más grande en la superficie de la estrella, haciendo que los planetas alrededor de las enanas M sean más fácilmente detectables y más fáciles de estudiar.

Aunque permite la detección de exoplanetas en el cielo, La estrategia de encuesta de TESS también produce sesgos de observación significativos basados ​​en el período orbital. Los exoplanetas deben transitar por sus estrellas anfitrionas al menos dos veces dentro del rango de observación de TESS para ser detectados con el período correcto por la tubería del Centro de Operaciones de Procesamiento Científico (SPOC) y la tubería de Vista Rápida (QLP), que buscan los datos TESS de cadencia de 2 y 30 minutos, respectivamente. Debido a que el 74 por ciento de la cobertura total del cielo de TESS solo se observa durante 28 días, la mayoría de los exoplanetas TESS detectados tienen períodos de menos de 14 días. El período de 24 días de TOI-1231b, por lo tanto, hace que su descubrimiento sea aún más valioso.

Jennifer Burt, científica del JPL de la NASA, el autor principal del artículo, junto con sus colaboradores, incluida Diana Dragomir, profesor asistente en el Departamento de Física y Astronomía de la UNM, midió tanto el radio como la masa del planeta.

"Trabajando con un grupo de excelentes astrónomos repartidos por todo el mundo, pudimos reunir los datos necesarios para caracterizar la estrella anfitriona y medir tanto el radio como la masa del planeta, ", dijo Burt." Esos valores a su vez nos permitieron calcular la densidad aparente del planeta y formular hipótesis sobre de qué está hecho el planeta. TOI-1231 b es bastante similar en tamaño y densidad a Neptuno, por lo que creemos que tiene un tamaño similar atmósfera gaseosa."

"Otra ventaja de los exoplanetas que orbitan alrededor de huéspedes enanos M es que podemos medir sus masas más fácilmente porque la relación entre la masa del planeta y la masa estelar también es mayor. Cuando la estrella es más pequeña y menos masiva, Hace que los métodos de detección funcionen mejor porque el planeta de repente juega un papel más importante, ya que se destaca más fácilmente en relación con la estrella. "explicó Dragomir." Como la sombra proyectada sobre la estrella. Cuanto más pequeña es la estrella, cuanto menos masiva es la estrella, cuanto más se pueda detectar el efecto del planeta.

"Aunque TOI 1231b está ocho veces más cerca de su estrella que la Tierra del Sol, su temperatura es similar a la de la Tierra, gracias a su estrella anfitriona más fría y menos brillante, "dice Dragomir." Sin embargo, el planeta en sí es en realidad más grande que la Tierra y un poco más pequeño que Neptuno; podríamos llamarlo subneptuno ".

Burt y Dragomir, quienes realmente iniciaron esta investigación mientras eran becarios en el Instituto Kavli del MIT, trabajó con científicos especializados en observar y caracterizar las atmósferas de planetas pequeños para descubrir qué misiones espaciales actuales y futuras podrían observar las capas externas de TOI-1231 b para informar a los investigadores exactamente qué tipos de gases se arremolinan alrededor del planeta. Con una temperatura de alrededor de 330 Kelvin o 140 grados Fahrenheit, TOI-1231b es uno de los más geniales, pequeños exoplanetas accesibles para estudios atmosféricos descubiertos hasta ahora.

Investigaciones anteriores sugieren que planetas tan fríos pueden tener nubes altas en sus atmósferas, lo que dificulta determinar qué tipos de gases los rodean. Pero nuevas observaciones de otro pequeño, El planeta frío llamado K2-18 b rompió esta tendencia y mostró evidencia de agua en su atmósfera, sorprendiendo a muchos astrónomos.

"TOI-1231 b es uno de los únicos otros planetas que conocemos en un tamaño y rango de temperatura similares, por lo que las observaciones futuras de este nuevo planeta nos permitirán determinar qué tan común (o raro) es que se formen nubes de agua alrededor de estos mundos templados, "dijo Burt.

Adicionalmente, con el alto brillo del infrarrojo cercano (NIR) de su estrella anfitriona, es un objetivo emocionante para futuras misiones con el Telescopio Espacial Hubble (HST) y el Telescopio Espacial James Webb (JWST). El primer conjunto de estas observaciones, dirigido por uno de los coautores del artículo, debería tener lugar a finales de este mes utilizando el telescopio espacial Hubble.

"La baja densidad de TOI 1231b indica que está rodeado por una atmósfera sustancial en lugar de ser un planeta rocoso. ¡Pero se desconoce la composición y extensión de esta atmósfera!" dijo Dragomir. "TOI1231b podría tener una gran atmósfera de hidrógeno o hidrógeno-helio, o una atmósfera de vapor de agua más densa. Cada uno de estos apuntaría a un origen diferente, permitiendo a los astrónomos comprender si los planetas se forman de manera diferente alrededor de las enanas M, y cómo, en comparación con los planetas alrededor de nuestro Sol, por ejemplo. Nuestras próximas observaciones del HST comenzarán a responder estas preguntas, y JWST promete una mirada aún más profunda a la atmósfera del planeta ".

Otra forma de estudiar la atmósfera del planeta es investigar si se está expulsando gas, buscando evidencia de átomos como hidrógeno y helio que rodean al planeta mientras transita por la faz de su estrella anfitriona. Generalmente, Los átomos de hidrógeno son casi imposibles de detectar porque su presencia está enmascarada por gas interestelar. Pero este sistema planeta-estrella ofrece una oportunidad única para aplicar este método debido a la rapidez con la que se aleja de la Tierra.

"Uno de los resultados más intrigantes de las últimas dos décadas de la ciencia de los exoplanetas es que, hasta ahora, ninguno de los nuevos sistemas planetarios que hemos descubierto se parece en nada a nuestro propio sistema solar, "dijo Burt." Están llenos de planetas entre el tamaño de la Tierra y Neptuno en órbitas mucho más cortas que las de Mercurio, por lo que no tenemos ejemplos locales con los que compararlos. Este nuevo planeta que hemos descubierto todavía es extraño, pero está un paso más cerca de parecerse un poco a los planetas de nuestro vecindario. En comparación con la mayoría de los planetas en tránsito detectados hasta ahora, que a menudo tienen temperaturas abrasadoras de varios cientos o miles de grados, TOI-1231 b es positivamente frígido ".

Para concluir, Dragomir refleja que "este planeta se une a las filas de sólo dos o tres pequeños exoplanetas cercanos que serán examinados con cada oportunidad que tengamos y utilizando una amplia gama de telescopios, en los próximos años, ¡así que esté atento a los nuevos desarrollos de TOI1231b! "

Este artículo está en prensa en El diario astronómico .