Cómo Funciona La Caza Del Planeta

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Hemos descubierto numerosos planetas orbitando otras estrellas en nuestra galaxia, pero ¿cómo y por qué? Descubre cómo funciona la caza de planetas.

Mucho antes de que hubiera telescopios, astrónomos o historia escrita, la gente miraba las "estrellas errantes" que los observadores posteriores llamarían planetas. A medida que aplicamos nuestros mitos de reinos lejanos a estos cuerpos celestes, comenzamos a preguntarnos acerca de la posibilidad de la vida en otros mundos, una idea que nos ha cautivado desde entonces.

En las últimas décadas, los astrónomos armados con radiotelescopios, observatorios orbitales y otras poderosas herramientas de alta tecnología han comenzado a responder a esa pregunta. En 1995, los astrónomos Michel Mayor y Didier Queloz de la Universidad de Ginebra anunciaron el descubrimiento del primer planeta fuera de nuestro sistema solar, un gigante similar a Júpiter que orbita alrededor de una estrella de "secuencia principal" similar a nuestro Sol. 51 Pegasi [Fuente: Alcalde y Queloz]. Desde entonces, otros, incluidos los científicos de la Misión Kepler de la NASA, han estado en una búsqueda para encontrar más de estos exoplanetas, como los llaman los astronomistas. En particular, pretenden identificar orbes rocosos parecidos a la Tierra que se encuentran dentro de la llamada "zona de Ricitos de oro", es decir, a la distancia justa de sus estrellas para tener temperaturas en la superficie que sostengan el agua líquida y, por lo tanto, al menos posible el desarrollo de la vida [fuente: borucki].

Armados con telescopios de vanguardia y otras herramientas de alta tecnología, los astrónomos están descubriendo nuevos mundos a una velocidad asombrosa. A principios de 2012, los científicos de Kepler, que han estado explorando 150,000 estrellas distantes en busca de signos de planetas que los orbitan, han identificado alrededor de 2,300 "candidatos" u objetos que pueden ser planetas [fuente: Brumfiel]. A finales de enero de 2012, anunciaron el descubrimiento de 11 nuevos sistemas planetarios, incluidos 26 exoplanetas confirmados, que aparentemente van desde posibles planetas rocosos aproximadamente una vez y media el radio de la Tierra, hasta gigantes gaseosos más grandes que Júpiter. Una estrella, Kepler-33, tiene un sistema solar de cinco planetas, que varían en tamaño de una vez y media a cinco veces el tamaño de la Tierra [fuente: NASA].

Pero esos descubrimientos pueden ser solo la punta del iceberg. Los científicos de Kepler estiman que puede haber hasta 50 mil millones de exoplanetas en la Vía Láctea [fuente: O'Neill]. Joseph Catanzarite, un astrónomo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, le dijo a Space.com en 2011 que hasta 2 mil millones de ellos pueden ser de escala terrestre. "Con ese gran número, hay una buena posibilidad de vida y quizás incluso la vida inteligente podría existir en algunos de esos planetas", agregó [fuente: Choi].

Entonces, ¿qué instrumentos y técnicas utilizan los científicos para localizar exoplanetas y cómo funcionan?

Técnicas y tecnología de caza de planetas

La caza de planetas fuera de nuestro sistema solar es un poco como tratar de leer un sello pegado a una lámpara de faro distante: las estrellas de los padres brillan tan intensamente que su brillo ahoga todo lo demás. Para compensar, los científicos han ideado métodos ingeniosos para detectar exoplanetas midiendo sus efectos en sus estrellas progenitoras.

Un planeta influye en su estrella de dos maneras útiles. Primero, su gravedad arrastra a la estrella ligeramente de un lado a otro a medida que el planeta la orbita. Segundo, el planeta bloquea una pequeña cantidad de luz cuando pasa frente a la estrella (desde nuestro punto de vista).

Podemos detectar estos efectos utilizando algunos métodos prácticos, cada uno con sus propias fortalezas y debilidades. Abordemos astrometria primero. A medida que la gravedad de un planeta en órbita tira de su estrella madre, hace que la estrella tambalearse En su camino a través del cielo. Podemos discernir este movimiento minúsculo midiendo con precisión la posición de la estrella. Basado en el período, o el tiempo que tarda la estrella en completar una oscilación, podemos calcular el período y el radio de la órbita del planeta, junto con la masa del planeta. La astrometría es mejor para encontrar planetas masivos con órbitas lejos de sus soles.

Espectroscopia doppler También hace uso de este empuje y tracción gravitacional, pero mientras que la astrometría usa el movimiento relativo de lado a lado de la estrella, este método usa el desplazamiento Doppler que resulta del planeta tirando de su estrella hacia la Tierra, luego alejándose de ella. A medida que la estrella se mueve hacia la Tierra, su luz se comprime, o se "desplaza de azul" hacia las longitudes de onda más cortas del espectro. A medida que se aleja de nosotros, vemos que las ondas de luz se extienden hacia el extremo rojo (longitud de onda más larga) del espectro. Al medir el espectro de una estrella a lo largo del tiempo, podemos detectar los cambios Doppler causados ​​por un planeta o planetas que mueven la estrella hacia y desde nosotros.

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Los cambios Doppler también nos dicen la estrella. velocidad radial (qué tan rápido se aleja y se aleja la estrella de nosotros). Como es de esperar, velocidades radiales más grandes significan planetas más grandes. Sobre la base de la masa de la estrella y el período del cambio, también podemos calcular el radio orbital del planeta. Este método es el más adecuado para detectar planetas masivos ubicados cerca de su estrella madre, y solo puede estimar la masa mínima de dichos planetas.

Fotometría No busca oscilaciones ni turnos. En cambio, observa la atenuación reveladora del brillo de una estrella que se produce cuando un exoplaneta en órbita tránsitos, o pasa entre ella y nosotros.

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La combinación de los tres métodos permite a los astrónomos desarrollar una imagen mucho más clara de estos planetas. A continuación, exploraremos cómo la misión Kepler está usando la fotometría para realizar un censo estelar de planetas potencialmente habitables.

La búsqueda de Kepler de exoplanetas

Kepler es la primera misión de la NASA capaz de encontrar planetas del tamaño de la Tierra alrededor de otras estrellas.Su objetivo principal es generar una estimación base, o censo, del número de planetas que orbitan dentro de zonas habitables, donde las condiciones son las adecuadas para que exista agua líquida.

El paquete de instrumentos no orbita la Tierra en un satélite: se encuentra dentro de una nave espacial de 9 pies (2,7 metros) de diámetro y 15,3 pies (4,7 metros) de altura que orbita el sol, arrastrando a nuestro planeta natal.

Kepler utiliza un telescopio de campo muy amplio y un fotómetro (medidor de luz) para medir las variaciones de brillo en más de 156,000 estrellas simultáneamente [fuente: Ames Research Center, NASA Find the Earth Planet Candidates]. Toma estas lecturas cada 30 minutos porque los tránsitos pueden requerir de una hora a medio día, dependiendo de la órbita del planeta y del tipo de estrella involucrada.

Los científicos de la misión también emplean datos espectroscópicos de los observatorios terrestres para ayudar a confirmar los candidatos a planetas y utilizar observaciones estelares para eliminar otros factores de confusión, como las estrellas binarias (un par de estrellas que giran alrededor de un centro de masa común).

El vecindario Cygnus-Lyra fue elegido como área de estudio porque está bien poblado de estrellas y se encuentra lo suficientemente alto sobre el plano orbital de la Tierra para que el sol, la Tierra y la luna no interfieran con las observaciones de Kepler. Las estrellas se encuentran entre 600 y 3.000 años luz de distancia. Desde nuestra perspectiva, cubren un área equivalente a 1/400 del cielo [fuente: Harwood].

Kepler detecta planetas a través del método fotométrico o de tránsito, lo que significa que detecta el pequeño descenso en el brillo de una estrella que se produce cuando un planeta en órbita pasa entre su estrella y nosotros. Una vez que el análisis de datos identifica un evento de atenuación, los científicos buscan más inmersiones de la misma magnitud, duración y período para confirmar la existencia del planeta.

Esto no es una hazaña: un planeta del tamaño de la Tierra que se cruza frente a una estrella del tamaño del sol atenúa su luz en apenas un 0,01%. A la gente de la NASA le gusta decir que detectar una caída tan pequeña es como detectar una pulga que se arrastra a través de un faro desde varias millas de distancia. Planetas del tamaño de Júpiter proyectan una sombra más grande. Aun así, visto desde fuera de nuestro sistema solar, el tránsito de Júpiter solo disminuye el brillo de nuestro sol en 1 a 2 por ciento [fuente: Ames Research Center, Preguntas frecuentes].

Hay más. Para que el método de tránsito funcione, un planeta debe pasar casi a la perfección a lo largo de nuestra línea de visión, cuyas posibilidades son aproximadamente del 0,5 por ciento para un planeta del tamaño de la Tierra (en una órbita del tamaño de la Tierra) y del 10 por ciento para un planeta del tamaño de Júpiter (si orbita cerca de su estrella) [fuente: Ames Research Center, FAQ].

Para decirlo de otra manera: incluso si verificamos 100,000 estrellas que en realidad tenían planetas similares a la Tierra, solo podríamos "ver" 500 de ellas a través del método de tránsito. Usando probabilidades como estas, los científicos pueden estimar la población del planeta de nuestra galaxia a partir de las observaciones de Kepler.

La zona de Goldilocks

Para que un planeta sea susceptible a la vida, una serie de factores deben ser "justos". Un buen candidato debe ser un planeta terrestre (rocoso). Idealmente, debería medir entre la mitad y el doble del tamaño de la Tierra, pero lo importante es que es lo suficientemente grande como para contener una atmósfera, pero no tan grande que se convierta en un gigante gaseoso como Júpiter o un gigante de hielo como Neptuno.

También debe ubicarse en la zona habitable, a una distancia de la estrella matriz donde la temperatura de la superficie no congelará el agua líquida ni la hervirá. La ubicación de esta zona varía según las características de la estrella.

Hitos de la caza del planeta: de puñados a cientos

Antes de que apareciera Kepler, el establo de planetas distantes localizados por astrónomos sumaba decenas y centenas, no miles. Sin embargo, este fue un número extraordinario teniendo en cuenta las limitaciones que enfrentan los científicos que utilizan los instrumentos disponibles, especialmente los telescopios terrestres, que requieren que los investigadores compensen las distorsiones atmosféricas.

Entre 2005 y 2008, los investigadores descubrieron cinco súper-Tierras, cada una con una masa de entre 5 y 10 veces la de la Tierra.

En 2008, los astrónomos que utilizaron la cámara de infrarrojo cercano y el espectrómetro de objetos múltiples del Telescopio Espacial Hubble detectaron dióxido de carbono en un exoplaneta por primera vez. El método involucraba restar los datos espectroscópicos de la estrella madre de los datos combinados de la estrella y el planeta. Desafortunadamente, el exoplaneta del tamaño de Júpiter HD 189733 b Las órbitas están demasiado cerca de su estrella para ser habitables, pero la técnica podría proporcionar información valiosa si se aplica a otros candidatos habitables. Los científicos están interesados ​​en el dióxido de carbono porque, como el metano, puede apuntar a procesos biológicos.

En 2009, los astrónomos informaron sobre el primer exoplaneta encontrado a través de la astrometría, y lo agregaron a la lista de 350 planetas encontrados previamente por el método de cambio Doppler. Si hubiera sido confirmado, VB 10b Habría inclinado la balanza seis veces más masiva que Júpiter. Sin embargo, las observaciones de espectroscopia Doppler posteriores no pudieron detectar los cambios de velocidad radiales esperados en su estrella madre, VB 10, y la reclamación fue refutada [fuente: Bean].

Ese mismo año, utilizando seis meses de observaciones de telescopios de estilo aficionado con base en tierra, los científicos anunciaron GJ 1214b, un planeta 6,5 ​​veces más masivo que la Tierra y 2,7 ​​veces más ancho. Los investigadores creen que el planeta podría estar hecho principalmente de agua. GJ 1214b orbita una estrella enana roja a más de 40 años luz de la Tierra a una distancia equivalente a una cuadragésima parte del espacio entre Mercurio y nuestro Sol.

¿Qué descubrimientos se hicieron en 2010 y 2011?

Misiones futuras

Los hallazgos de Kepler apoyarán dos misiones planificadas: la Misión de Interferometría Espacial (SIM) y el Buscador de Planetas Terrestres (TPF) - al determinar qué tipos de estrellas cercanas es probable que posean planetas. Esta información le dirá a SIM y TPF dónde apuntar sus instrumentos.

Ambas misiones utilizarán una técnica llamada interferometría de anulación para cancelar el resplandor de una estrella objetivo y revelar planetas en órbita. Dos telescopios miran a la misma estrella, pero la luz de un telescopio se queda medio paso fuera de fase con la luz de la otra antes de que se combinen, lo que hace que se cancelen entre sí. Por el contrario, la luz del planeta se combina de una manera que fortalece su señal.

TPF combina sus observaciones interferométricas con datos de un coronagraph, que cancela el deslumbramiento al bloquear la luz directa de la estrella con un objeto físico de modo que solo se vea la corona de la estrella, como un piloto que bloquea el sol con su pulgar. Con la mayor parte del brillo reducido, los planetas en órbita se vuelven más visibles.

Hitos de la caza del planeta: Kepler, Corot y los primeros mil

Una visión artística del sistema planetario Kepler-11 y nuestro sistema solar desde una perspectiva inclinada. Esa perspectiva ayuda a mostrar que las órbitas de cada uno se encuentran en planos similares.

Una visión artística del sistema planetario Kepler-11 y nuestro sistema solar desde una perspectiva inclinada. Esa perspectiva ayuda a mostrar que las órbitas de cada uno se encuentran en planos similares.

En marzo de 2010, los investigadores anunciaron otro hito: un planeta parecido a Júpiter a 1.500 años luz de la Tierra que era relativamente fresco y que se podría estudiar en detalle. Porque el satélite COROT lo descubrió, fue apodado COROT-9b. El trabajo anterior ya había encontrado otros planetas geniales, pero COROT-9b fue el primero que transita entre su estrella y la Tierra. Esto significaba que los científicos podían estudiar tanto su tamaño (por la cantidad que disminuía la luz de su estrella madre) como su composición atmosférica (por la forma en que la luz de las estrellas interactuaba con ella cuando pasaba por su atmósfera) [fuente: ESA].

COROT-9b se encuentra en la zona habitable de su estrella pero, como es un mundo gaseoso, los científicos no consideran que sea probable que sea hospitalario para la vida. Sin embargo, su atmósfera podría contener agua, y un planeta tan grande también podría tener una luna habitable [fuente: ESA].

A fines de septiembre de 2010, un grupo de astrónomos en los Estados Unidos que utilizaron datos espectroscópicos de instrumentos terrestres anunciaron el descubrimiento de un planeta potencialmente hospitalario. Gliese 581g, orbitando la estrella Gliese 581 a solo 20 años luz de distancia. El anuncio provocó un entusiasmo generalizado porque el planeta se encontró tan cerca de la Tierra y solo 15 años después de que los astrónomos identificaron los primeros exoplanetas. Poco después del anuncio, sin embargo, los grupos científicos comenzaron a plantear dudas sobre el descubrimiento [fuente: Wall].

Los investigadores ya habían encontrado evidencia de otros planetas en el mismo sistema de enanas rojas, dos de los cuales (Gliese 581d y Gliese 581e) orbitó en los márgenes de la zona habitable. Entonces, ¿cuál de los hijos de Gliese 581 tomaría la corona como el mejor candidato que se haya encontrado para sustentar la vida? El problema era demasiado complicado para resolverlo fácilmente. La detección espectroscópica de planetas requiere atenuar el ruido inherente a los datos de observación y luego determinar qué supuestos utilizar. Los mismos datos pueden argumentar para diferentes números de planetas dependiendo de si se asumen órbitas excéntricas (altamente elípticas) o casi circulares. Los científicos aún tenían que llegar a un consenso al momento de escribir este artículo.

En enero de 2011, la misión Kepler confirmó encontrar su primer planeta rocoso, estimado en 1,4 veces el tamaño de la Tierra. Ubicado bien fuera de la zona habitable, Kepler-10b se destaca como el planeta más pequeño descubierto fuera de nuestro sistema solar hasta el momento.

Y en febrero de 2011, los científicos de Kepler anunciaron el descubrimiento de cinco planetas, cada uno orbitando en las zonas habitables de estrellas más pequeñas y frías que nuestro Sol. Si se confirman, representarán los primeros planetas del tamaño de la Tierra que se encuentran en zonas habitables. Ese mismo mes, Kepler localizó seis planetas confirmados orbitando una estrella similar al Sol, Kepler-11, a 2,000 años luz de la Tierra. Este constituye el grupo más grande de planetas en tránsito que orbitan alrededor de una sola estrella jamás descubierta fuera de nuestro sistema solar [fuente: NASA].

Si bien esos descubrimientos han sido trascendentales, es importante recordar que Kepler hasta ahora solo ha buscado una pequeña fracción del universo conocido. Bien podría ser que en los próximos años, los científicos harán hallazgos aún más sorprendentes, incluido, quizás, un planeta similar a la Tierra que alberga a seres vivos.


Suplemento De Vídeo: Documental Completo: Cazadores y Depredadores del Planeta.




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