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Nuevo método puede acelerar la búsqueda de exoplanetas con atmósferas

Nuevo método puede acelerar la búsqueda de exoplanetas con atmósferas

Un equipo de astrónomos propone examinar los exoplanetas por sus temperaturas para determinar si albergan una atmósfera, y vale la pena seguirlos.

Planeta en Hyades

Impresión artística de una fría estrella roja rodeada de planetas. NASA / JPL-Caltech

Desde el primer descubrimiento confirmado de un exoplaneta en 1992, los astrónomos han buscado en los cielos uno que pueda soportar la vida tal como la conocemos: un planeta que es rocoso, tiene agua líquida y posee una atmósfera. Pero su capacidad para investigar los 4.093 exoplanetas confirmados hasta ahora está limitada por la tecnología de observación disponible.

Se espera que el lanzamiento en marzo de 2021 del muy esperado Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA cambie el juego, permitiendo a los astrónomos hacer una mirada más detallada al cosmos que nunca antes. El tiempo de observación de exoplanetas en JWST será limitado, ya que los científicos con diversos intereses compiten por el acceso. Con la esperanza de hacer el uso más rápido del nuevo satélite, un equipo de investigadores publicó una serie de artículos en el Revista Astrofísica, que juntos describen una nueva forma de detectar rápidamente atmósferas en exoplanetas rocosos, simplemente usando lecturas de temperaturas diurnas.

Planeta TRAPPIST-1 (arte)

La impresión de este artista muestra uno de los planetas intermedios en el sistema TRAPPIST-1, con el resplandor de la estrella anfitriona iluminando la superficie rocosa. Siete planetas del tamaño de la Tierra orbitan alrededor de esta estrella enana ultrafría a 40 años luz de la Tierra, pero aún queda por debatir si albergan atmósferas habitables. ESO / N. Bartmann / spaceengine.org

Cuando un planeta tiene una atmósfera, el calor diurno de su estrella se redistribuye en todo el planeta por los vientos atmosféricos, lo que reduce las temperaturas diurnas en general. Esto limita el calor que puede hacer el día. Si el telescopio detecta un lado del día que está más frío que ese límite, "esto es una indicación de una atmósfera", dice Daniel Koll (MIT), autor principal de uno de los documentos. “No es una detección sólida, es una inferencia. Pero lo bueno es que una inferencia es muy barata. Puede hacerlo rápido ”. Koll dice que el método permitirá a los investigadores escanear exoplanetas rápidamente y luego duplicarlos para obtener más información si encuentran uno con una atmósfera potencial.

Los astrónomos miden las temperaturas diurnas del exoplaneta indirectamente durante el eclipse secundario del exoplaneta, cuando el exoplaneta se mueve detrás de su estrella con respecto a la Tierra. Durante el eclipse, la señal de calor del planeta se obstruye, por lo que los astrónomos miden el calor proveniente solo de la estrella. Cuando el planeta vuelva a la vista, agregará su calor a la señal. Los astrónomos restan la firma de calor de la estrella de la firma de calor del planeta estrella para calcular la temperatura diurna del planeta.

Órbita exoplaneta en tránsito

Si un exoplaneta orbita a su estrella anfitriona en un ángulo que se aproxima casi perfectamente a la línea de visión de la Tierra, el planeta transitará la estrella una vez por órbita. También pasará detrás de su estrella en cada órbita, un evento llamado "eclipse secundario".

La técnica propuesta complementaría la espectroscopia, que puede usarse para detectar atmósferas, pero lleva mucho tiempo. El nuevo método se puede utilizar para seleccionar objetivos dos o tres veces más rápido de lo que permitiría la espectroscopía, dice Eliza Kempton (Universidad de Maryland), coautora de los documentos.

"Todo este conjunto de documentos tiene como objetivo empujar el exterior del sobre de lo que podemos observar hoy", dice Ian Crossfield (MIT), que no participó en los estudios.

La nueva técnica está diseñada para evaluar los exoplanetas en órbita METROestrellas enanas, que son más rojas, más pequeñas y más tenues que las estrellas amarillas como nuestro Sol. Debido a que son más pequeños, no eclipsan a los exoplanetas como lo hacen las estrellas más brillantes, lo que hace que el eclipse secundario sea más práctico de observar.

La nueva técnica se limita a evaluar exoplanetas dentro del borde interno del llamado zona habitable – aquellos que probablemente estén demasiado calientes para soportar agua líquida y, por lo tanto, vida. También se cree que estos planetas calientes, cercanos a la estrella, son los más vulnerables a la remoción atmosférica debido a la duración e intensidad de la radiación producida por METRO enanos cuando son jóvenes. Sin embargo, Koll señala que si estos planetas calientes tienen atmósferas que sobrevivieron a la juventud violenta de la estrella, entonces es probable que los planetas más fríos y más alejados también retengan sus atmósferas.

Hasta que JWST esté en órbita y tengamos otro año y medio para esperar eso, la técnica del equipo permanecerá sin probar. Pero si tiene éxito, dice Kempton, sus resultados ayudarán a dirigir los próximos pasos en la exploración de exoplanetas.

"Si descubrimos que todos estos planetas carecen de atmósferas, entonces deberíamos cancelar nuestros planes de buscar vida en METROplanetas enanos y, en cambio, enfocamos nuestros esfuerzos en construir telescopios más grandes de próxima generación que puedan generar imágenes de planetas similares a la Tierra que orbitan estrellas más similares al Sol ", dice ella.

"Sin embargo, si encontramos que el METROplanetas enanos tienen atmósferas, luego es a toda velocidad para caracterizar esas atmósferas y comenzar la búsqueda de signos de vida ".

Referencias

Daniel D. B. Koll y col. "Identificación de atmósferas candidatas en planetas enanos Rocky M mediante fotometría Eclipse", 2019, Revista Astrofísica (preimpresión disponible: https://arxiv.org/abs/1907.13138).Megan Mansfield et al. "Identificación de atmósferas en exoplanetas rocosos a través del alto albedo inferido", 2019, Revista Astrofísica (preimpresión disponible: https://arxiv.org/abs/1907.13150).Matej Malik et al. "Análisis de perfiles de temperatura atmosférica y espectros de planetas rocosos enanos M", 2019, Revista Astrofísica (preimpresión disponible: https://arxiv.org/abs/1907.13135).Daniel D. B. Koll. "Una teoría de escala para la redistribución del calor atmosférico en los exoplanetas rocosos", 2019, Revista Astrofísica (preimpresión disponible: https://arxiv.org/abs/1907.13145)