En la última década, el descubrimiento de planetas extrasolares se ha acelerado enormemente. Hasta la fecha, 4.424 exoplanetas se han confirmado en 3.280 sistemas estelares, con otros 7.453 en espera de confirmación. Hasta ahora, la mayoría de estos planetas han sido gigantes gaseosos, con un 66% similar a Júpiter o Neptuno, mientras que otro 30% han sido planetas rocosos gigantes (también conocidos como “Super-Tierras”). Solo una pequeña fracción de los exoplanetas confirmados (menos del 4%) han sido similares en tamaño a la Tierra.
Sin embargo, según una nueva investigación realizada por astrónomos que trabajan en Centro de Investigación Ames de la NASA , es posible que exoplanetas del tamaño de la Tierra sean más común de lo que se pensaba anteriormente. Como indicaron en un estudio reciente, podría haber el doble de exoplanetas rocosos en sistemas binarios que están oscurecidos por el resplandor de sus estrellas madres. Estos hallazgos podrían tener implicaciones drásticas en la búsqueda de mundos potencialmente habitables, ya que aproximadamente la mitad de todas las estrellas son sistemas binarios.
Por el bien de su estudio, el equipo de investigación examinó 517 estrellas que albergan exoplanetas que fueron identificadas por la NASA. Satélite de reconocimiento de exoplanetas en tránsito (TESS) durante sus tres años de funcionamiento. En comparación con los datos de los telescopios gemelos del Observatorio Géminis y el Telescopio WIYN de 3,5 metros en el Observatorio Nacional de Kitt Peak, encontraron que más de 100 de estas estrellas probablemente tenían un compañero binario.
Interpretación de un artista del Satélite de reconocimiento de exoplanetas en tránsito (TESS). Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA
El artículo que describe sus hallazgos ha sido aceptado para su publicación en el Diario astronómico . La Dra. Kathryn Lester, investigadora postdoctoral en el Centro de Investigación Ames de la NASA, dirigió el esfuerzo de investigación con la ayuda de colegas de la NASA Ames, la Observatorio naval de EE. UU. , los Instituto de Ciencias de Exoplanetas de la NASA , los Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF (NOIRLab), el Observatorio Lowell , así como Georgia State y Standford University.
El problema con los tránsitos
Hasta la fecha, la gran mayoría de exoplanetas confirmados ( aproximadamente el 75% ) han sido descubiertos utilizando el Método de tránsito (también conocido como fotometría de tránsito). Consiste en observar las estrellas en busca de caídas periódicas en su brillo, que pueden ser el resultado de un planeta que pasa frente a su cara (en tránsito) en relación con el observador. Como su predecesor, Kepler , TESSse basa en el Método de Tránsito para determinar la presencia de sistemas de exoplanetas alrededor de miles de estrellas en un momento dado.
Desafortunadamente, los compañeros binarios siempre han sido un desafío cuando se trata de detectar exoplanetas en tránsito. La fotometría de tránsito requiere que los sistemas estelares sean observados de borde para que los exoplanetas sean detectados. Pero en los sistemas estelares binarios, donde dos estrellas orbitan entre sí, las caídas de luminosidad ocurren con regularidad y son el resultado de que una compañera eclipsa a la otra.
Como resultado, puede ser muy difícil detectar exoplanetas más pequeños que orbitan más cerca de sus estrellas, que es donde los astrónomos esperan encontrar planetas rocosos en la Zona Habitable (HZ) circunsolar de las estrellas. En cambio, es probable que el uso del Método de Tránsito con sistemas estelares binarios revele solo gigantes gaseosos y / o planetas que tienen órbitas distantes de sus estrellas madres. Esta es la razón por la que la Dra. Lester y sus colegas se propusieron determinar si algunas de las estrellas que albergan exoplanetas eran en realidad binarias.
Buscando compañeros estelares
El equipo se basó en una técnica llamada Imágenes de moteado , donde se combinan y analizan una gran cantidad de imágenes de corta exposición para mejorar en gran medida la resolución de los telescopios terrestres (similar a la interferometría). De los 517 objetos de interés TESS (TOI) que examinaron, encontraron que 73 estrellas anfitrionas de exoplanetas que habían aparecido anteriormente como un solo punto de luz en realidad tenían un compañero estelar.
De manera similar, encontraron que 29 estrellas TOI que habían producido falsos positivos en el pasado también tenían compañeros estelares. Dijo el Dr. Lester en un NOIRLab reciente. presione soltar :
“Con los telescopios de 8,1 metros del Observatorio Gemini, obtuvimos imágenes de muy alta resolución de estrellas anfitrionas de exoplanetas y detectamos compañeros estelares en separaciones muy pequeñas ... Dado que aproximadamente el 50% de las estrellas están en sistemas binarios, podríamos estar perdiendo el descubrimiento de - y la oportunidad de estudiar - muchos planetas similares a la Tierra '.
El siguiente paso fue tomar los exoplanetas que se han detectado en estos sistemas y compararlos con los tamaños de los exoplanetas detectados en sistemas de una sola estrella. A partir de esto, el equipo pudo demostrar que, si bien la nave espacial TESS pudo identificar exoplanetas tanto de Júpiter como de Neptuno ('grandes') y super-Tierras y exoplanetas similares a la Tierra ('pequeños') que orbitan estrellas individuales, encontró sólo grandes planetas en sistemas binarios.
Estos resultados implican que podría haber una población de exoplanetas del tamaño de la Tierra en sistemas binarios que no han sido detectados por misiones comoTESS,Keplery otros estudios de exoplanetas que se basan en la fotometría de tránsito. Durante algún tiempo, los científicos han sospechado que los estudios de tránsito han perdido pequeños planetas en sistemas binarios debido al potencial de interferencia de una estrella compañera.
Sin embargo, este nuevo estudio proporciona el primer apoyo observacional para esta sospecha al tiempo que muestra qué tipo de exoplanetas se ven afectados. También es importante debido a la forma en que el Método de Tránsito se ha considerado el medio más eficaz de detección de exoplanetas hasta la fecha: representa 3343 de los 4424 exoplanetas confirmados. Pero si estos resultados son correctos, podría haber hasta 1600 exoplanetas rocosos que se pasaron por alto con los estudios de tránsito.
Esto significa que, en el futuro, los astrónomos deberán confiar en una variedad de técnicas de observación antes de concluir que un sistema binario no tiene planetas similares a la Tierra. Como dijo el Dr. Lester:
“Dado que aproximadamente el 50% de las estrellas están en sistemas binarios, podríamos estar perdiendo el descubrimiento y la oportunidad de estudiar muchos planetas similares a la Tierra. Los astrónomos necesitan saber si una estrella es única o binaria antes de afirmar que no existen planetas pequeños en ese sistema..Si es único, se podría decir que no existen planetas pequeños. Pero si el anfitrión está en un binario, no sabría si un pequeño planeta está oculto por la estrella compañera o no existe en absoluto. Necesitaría más observaciones con una técnica diferente para averiguarlo.”
'Hemos demostrado que es más difícil encontrar planetas del tamaño de la Tierra en sistemas binarios porque los planetas pequeños se pierden en el resplandor de sus dos estrellas madre', agregó. Dr. Steve Howell , líder del esfuerzo de obtención de imágenes de motas en NASA Ames y coautor del artículo. 'Sus tránsitos son' rellenados 'por la luz de la estrella compañera. Este es un hallazgo importante en el trabajo de exoplanetas. Los resultados ayudarán a los teóricos a crear sus modelos de cómo se forman y evolucionan los planetas en sistemas de estrellas dobles '.
Una ilustración del sistema planetario circumbinario Kepler-47. Crédito: NASA / JPL Caltech / T. Pyle
Otro aspecto del estudio involucró a la Dra. Lester y sus colegas analizando la distancia entre compañeros binarios en sistemas donde TESS detectaba planetas grandes. Lo que encontraron fue que los pares de exoplanetas que albergan estaban típicamente más separados que los pares binarios que no tienen exoplanetas conocidos. Esto podría interpretarse como una indicación de que los planetas no se forman alrededor de estrellas que tienen compañeras estelares cercanas.
En el futuro, esto podría usarse para imponer restricciones adicionales sobre dónde los astrónomos deben buscar planetas rocosos. El estudio de imágenes de moteado realizado por la Dra. Lester y su equipo también ilustra cómo los estudios de exoplanetas están pasando del descubrimiento de exoplanetas a la caracterización. Además de caracterizar las atmósferas y los entornos superficiales de los exoplanetas, también existe la tarea vital de caracterizar los sistemas planetarios.
Al saber qué tipos de estrellas tienen más probabilidades de albergar exoplanetas rocosos, los astrónomos y astrobiólogos pueden limitar la búsqueda de planetas que sean más susceptibles a la 'vida tal como la conocemos'.
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