Durante innumerables generaciones, los seres humanos han mirado el cielo nocturno y se han preguntado si estaban solos en el Universo. Con el descubrimiento de otros planetas en nuestro Sistema Solar, la verdadera extensión de la Vía Láctea y otras galaxias más allá de la nuestra, esta pregunta solo se ha profundizado y se ha vuelto más profunda.
Y mientras que los astrónomos y científicos han sospechado durante mucho tiempo que otros sistemas estelares en nuestra galaxia y el Universo tenían planetas orbitando propios, solo ha sido en las últimas décadas que se ha observado alguno. Con el tiempo, los métodos para detectar estos 'planetas extrasolares' han mejorado y la lista de aquellos cuya existencia ha sido confirmada ha crecido en consecuencia ( más de 4000 ¡y contando!)
Definición:
Un planeta extrasolar (también conocido como exoplaneta) es un planeta que orbita una estrella (es decir, es parte de un sistema solar) que no es el nuestro. Nuestro Sistema Solar es solo uno entre miles de millones y es muy probable que muchos de ellos tengan su propio sistema de planetas. Ya en el siglo XVI, hubo astrónomos que hipotetizaron la existencia de planetas extrasolares.
Lista de exoplanetas potencialmente habitables descubiertos hasta ahora en nuestro Universo. Crédito: phl.upl.edu
La primera mención registrada fue hecha por el filósofo italiano Giordano Bruno, uno de los primeros partidarios de la teoría copernicana. Además de apoyar la idea de que la Tierra y otros planetas orbitan alrededor del Sol (heliocentrismo), propuso la opinión de que las estrellas fijas son similares al Sol y también están acompañadas de planetas.
En el siglo XVIII, Isaac Newton hizo una sugerencia similar en la sección 'General Scholium' que concluye su Principios . Haciendo una comparación con los planetas del Sol, escribió: “Y si las estrellas fijas son los centros de sistemas similares, todos se construirán de acuerdo con un diseño similar y estarán sujetos al dominio deUno.”
Desde la época de Newton, se han realizado varias afirmaciones sobre descubrimientos, pero todas fueron rechazadas por la comunidad científica como falsos positivos. En la década de 1980, un grupo de astrónomos afirmó que habían identificado algunos planetas extrasolares en sistemas estelares cercanos, pero no pudieron confirmar su existencia hasta años después.
Primeros descubrimientos:
Una de las razones por las que los planetas extrasolares son tan difíciles de detectar es porque son incluso más débiles que las estrellas que orbitan. Además, estas estrellas emiten luz que 'lava' los planetas, es decir, los oscurece de la observación directa. Como resultado, el primer descubrimiento no fue realizado hasta 1992 por los astrónomos Aleksander Wolszczan y Dale Frail.
Usando el Observatorio de Arecibo en Puerto Rico, la pareja observó varios planetas de masa terrestre orbitando el púlsar. PSR B1257 + 12 . No fue hasta 1995 que se realizó la primera confirmación de un exoplaneta alrededor de una estrella de la secuencia principal. En este caso, el planeta observado fue 51 Pegasi b , un planeta gigante que se encuentra en una órbita de cuatro días alrededor de la estrella similar al Sol 51 Pegasi (aproximadamente a 51 años luz de nuestro Sol).
Inicialmente, la mayoría de los planetas detectados eran gigantes gaseosos similares o más grandes que Júpiter, lo que llevó al término ' Super-Júpiter ”Siendo acuñado. Lejos de sugerir que los gigantes gaseosos eran más comunes que los rocosos (es decir, ' Tierra como “) Planetas, estos hallazgos se debieron simplemente al hecho de que los planetas del tamaño de Júpiter son simplemente más fáciles de detectar debido a su tamaño.
La misión de Kepler:
Nombrado en honor al astrónomo renacentista Johannes Kepler, el Observatorio espacial Kepler fue lanzado por la NASA el 7 de marzoth, 2009 con el propósito de descubrir planetas similares a la Tierra que orbitan otras estrellas. Como parte de la NASA Programa de descubrimiento , una serie de proyectos de costo relativamente bajo centrados en la investigación científica,KeplerLa misión era encontrar evidencia de planetas extrasolares y estimar cuántas estrellas en nuestra galaxia tienen sistemas planetarios.
Confiando en el método de detección de tránsito (ver más abajo),KeplerLa suela usó un fotómetro para monitorear continuamente el brillo de más de 145,000 estrellas de secuencia principal en un campo de visión fijo. Luego, estos datos se transmitieron a la Tierra, donde los científicos los analizaron para buscar signos de atenuación periódica causada por planetas extrasolares que transitan (pasan) frente a su estrella anfitriona.
La vida útil inicial planificada delKeplerLa misión fue de 3,5 años, pero los resultados superiores a lo esperado llevaron a que la misión se extendiera. En 2012, se esperaba que la misión durara hasta 2016, pero esto cambió debido a la falla de dos de las ruedas de reacción de la nave espacial, que se utilizan para apuntar la nave espacial. Esto desactivó la recopilación de datos científicos y amenazó la continuación de la misión.
El 15 de agostoth, 2013, NASA anunció que habían renunciado a intentar arreglar las dos ruedas de reacción fallidas y habían modificado la misión en consecuencia. En lugar de chatarraKepler, La NASA propuso cambiar la misión para utilizarKeplerpara detectar planetas habitables alrededor de estrellas enanas rojas más pequeñas y tenues. Esta propuesta, que se conoció comoK2“ Segunda luz “, Fue aprobado el 16 de mayoth, 2014.
losK2misión (que duró hasta) se centró más en estrellas más brillantes (como estrellas de clase G y K). Al 6 de febreroth, 2021, los astrónomos han confirmado la presencia de 4.341 exoplanetas en 3.216 sistemas planetarios, la mayoría de los cuales se encontraron utilizando datos deKepler. En total, la sonda espacial observó más de 530,506 estrellas en el curso de suK2Misiones
En noviembre de 2013, los astrónomos informaron (basado enKeplerdatos de la misión espacial) que 1 de cada 5 estrellas en la Vía Láctea podría tener planetas del tamaño de la Tierra orbitando dentro de sus zonas habitables, entre 40 y 80 mil millones . Además, estimaron que entre el 7 y el 15% de estos planetas (un promedio de 5,6 mil millones) orbitan estrellas similares al Sol, también conocido como. secuencia principal enanas amarillas tipo G.
Diagrama que muestra la zona habitable del Sistema Solar (fila superior) y en el sistema Gliese 581 (fila inferior), basado en el trabajo de Franck Selsis, Univ. de Burdeos. Crédito: ESO
Planetas habitables:
El primer exoplaneta confirmado porKeplertener una distancia orbital media que la colocara dentro de la zona habitable de su estrella era Kepler-22b . Este planeta se encuentra a unos 600 años luz de la Tierra en la constelación de Cygnus y se observó por primera vez el 12 de mayo de 2009 y luego se confirmó el 5 de diciembre de 2011. Según todos los datos obtenidos, los científicos creen que este mundo tiene aproximadamente 2,4 veces el radio de la Tierra y tiene océanos o una capa exterior acuosa.
El descubrimiento de exoplanetas también ha intensificado el interés en la búsqueda de vida extraterrestre, particularmente para aquellos que orbitan en la zona habitable de la estrella anfitriona. También conocido como el ' zona de ricitos de oro “, Esta es la región del sistema solar donde las condiciones son lo suficientemente cálidas (pero no demasiado cálidas) para que sea posible que exista agua líquida (y por lo tanto vida) en la superficie del planeta.
Antes del despliegue deKepler, la gran mayoría de los exoplanetas confirmados cayeron en la categoría de tamaño de Júpiter o más. Sin embargo, en el transcurso de sus misiones,Keplerlogró identificar sobre 6000 candidatos potenciales , muchos de ellos caen en las categorías de tamaño de la Tierra o tamaño de 'Supertierra'. Muchos de estos se encuentran en la zona habitable de sus estrellas madre, y algunos incluso alrededor de estrellas similares al Sol.
Y según un estudio realizado por Centro de investigación Ames de la NASA , análisis de laKeplerLos datos de la misión indicaron que alrededor del 24% de las estrellas de clase M pueden albergar planetas potencialmente habitables del tamaño de la Tierra (es decir, aquellos que son más pequeños que 1,6 veces el radio de la Tierra). Basado en el número de estrellas de clase M en la galaxia, solo eso representa alrededor de 10 mil millones de mundos similares a la Tierra potencialmente habitables.
Mientras tanto, los análisis de laK2La fase sugiere que aproximadamente una cuarta parte de las estrellas más grandes estudiadas también pueden tener un planeta del tamaño de la Tierra orbitando dentro de sus zonas habitables. En conjunto, las estrellas observadas porKeplerconstituyen aproximadamente el 70% de los que se encuentran dentro de la Vía Láctea. Por lo tanto, se puede estimar que hay literalmente decenas de miles de millones de planetas potencialmente habitables solo en nuestra galaxia.
Métodos de detección:
Si bien algunos exoplanetas se han observado directamente con telescopios (un proceso conocido como ' Imágenes directas “), La gran mayoría se han detectado a través de métodos indirectos como el método de tránsito y el método de velocidad radial. En el caso de Método de tránsito (también conocido como Fotometría de Tránsito), se observa un planeta cuando cruza el camino (es decir, en tránsito) frente al disco de su estrella madre.
Cuando esto ocurre, el brillo observado de la estrella cae en una pequeña cantidad. Esto se puede utilizar para determinar el radio del planeta y, en ocasiones, puede permitir que se investigue la atmósfera de un planeta mediante espectroscopía. Sin embargo, también sufre una tasa sustancial de falsos positivos y requiere que parte de la órbita del planeta se cruce con una línea de visión entre la estrella anfitriona y la Tierra.
Como resultado, la confirmación de otro método generalmente se considera necesaria. Sin embargo, sigue siendo el método más utilizado y es responsable de más descubrimientos de exoplanetas que todos los demás métodos combinados. AmbosTelescopio espacial KepleryTESSfueron diseñados específicamente para realizar este tipo de fotometría (ver arriba).
los Velocidad radial (o Método Doppler) implica medir la velocidad radial de la estrella, es decir, la velocidad con la que se acerca o se aleja de la Tierra. Es un medio para detectar planetas porque, cuando los planetas orbitan alrededor de una estrella, ejercen una influencia gravitacional que hace que la propia estrella se mueva en su propia pequeña órbita alrededor del centro de masa del sistema. Este método tiene la ventaja de ser aplicable a estrellas con una amplia gama de características.
Sin embargo, una de sus desventajas es que no puede determinar la verdadera masa de un planeta, sino que solo puede establecer un límite inferior para esa masa. Sigue siendo la segunda técnica más eficaz empleada por los cazadores de exoplanetas. Otros métodos incluyen Variación del tiempo de tránsito (TTV) y Microlente gravitacional . El primero se basa en medir las variaciones en los tiempos de tránsito de un planeta para determinar la existencia de otros.
Este método es eficaz para determinar la existencia de múltiples planetas en tránsito en un sistema, pero requiere que la existencia de al menos uno ya esté confirmada. En otra forma del método, cronometrar los eclipses en una estrella binaria eclipsante puede revelar un planeta exterior que orbita a ambas estrellas. A febrero de 2020, 21 planetas se han encontrado con este método, mientras que se confirmaron muchos más.
En el caso de la microlente gravitacional, esto se refiere al efecto que puede tener el campo gravitacional de una estrella, actuando como una lente para magnificar la luz de una estrella de fondo distante. Los planetas que orbitan alrededor de esta estrella pueden causar anomalías detectables en el aumento a lo largo del tiempo, lo que indica su presencia. Esta técnica es eficaz para detectar estrellas que tienen órbitas más amplias (1-10 AU) de estrellas similares al Sol.
Existen otros métodos y, solos o en combinación, han permitido la detección y confirmación de más de cuatro mil exoplanetas, mientras que otros 5.742 candidatos esperan confirmación. De estos, 1473 (34%) han sido gigantes gaseosos comparables a Neptuno (similar a Neptuno), mientras que 1359 (31%) han sido gigantes gaseosos comparables a Júpiter (similar a Júpiter).
Otros 1340 (31%) han sido planetas terrestres que son varias veces más masivos que la Tierra (Super-Tierras), mientras que 163 han sido comparables a la Tierra en términos de tamaño y masa (4%). Se han detectado y confirmado otros 6 exoplanetas que permanecen sin clasificar.
Más cercano a la tierra
Sobre 24 de agostoth, 2016 , ESO confirmó la existencia de un exoplaneta rocoso del tamaño de la Tierra que orbita Proxima Centauri, una estrella de tipo M (enana roja) ubicada a 4,25 años luz de distancia. Esto hace que este exoplaneta en particular, conocido como Proxima b, sea el exoplaneta más cercano a la Tierra. Igualmente importante es el hecho de que se cree que orbita dentro de la zona habitable de Proxima Centauri.
El descubrimiento fue hecho por el Punto rojo pálido campaña y un equipo de astrónomos dirigido por Dr. Guillermo Anglada-Escudé de la Universidad Queen Mary de Londres. Basado en observaciones hechas usando el Buscador de planetas de velocidad radial de alta precisión (ARPAS) y Echelle ultravioleta y visual (UVE) espectrógrafos en la ESO La Silla Observatory y Telescopio muy grande .
Según los datos obtenidos por la campaña Pale Red Dot y las observaciones posteriores, se estima que Proxima b es 1,2 veces más masivo que la Tierra y entre una y 1,3 veces su tamaño. Orbita a su estrella madre a una distancia de aproximadamente 0,05 AU (7,5 millones de km; 4,6 millones) y solo tarda 11,2 días en completar una sola órbita. Como muchos planetas rocosos que orbitan alrededor de estrellas de tipo M, se cree que Proxima b está bloqueado por mareas.
Dada la naturaleza tenue de las estrellas de tipo M y su tendencia a producir llamaradas poderosas, no está claro si Proxima b podría mantener una atmósfera y agua líquida en su superficie a lo largo del tiempo. Se han realizado múltiples estudios y modelos climáticos para determinar la probabilidad de que Proxima b pueda sustentar vida, pero no ha surgido un consenso científico.
Por un lado, múltiples estudios han concluido que actividad de llamarada solar de su estrella anfitriona inevitablemente despojar a Proxima b de su atmósfera e irradiar la superficie. Mientras tanto, otras investigaciones y modelos han encontrado que si Proxima b tiene un campo magnético , a atmósfera densa y un montón de agua superficial y nubosidad , las probabilidades de que sea habitable son alentadoras.
En Enero de 2020 , un equipo de astrónomos liderado por el INAF anunció la posible detección de un segundo planeta alrededor de Proxima Centauri (usando mediciones de velocidad radial). De acuerdo con la artículo del equipo de investigación , sus mediciones indicaron la presencia de un mini-Neptuno (Proxima c) orbitando su estrella madre a una distancia de 1,5 AU (~ 224,4 millones de km; ~ 139,4 millones de millas).
Por Junio de 2020 , un equipo de astrónomos de la Universidad de Texas ’ Observatorio McDonald utilizaron medidas de velocidad radial recopiladas porHubble(Hace 25 años) para confirmar la presencia de Proxima c. Su investigación también impuso restricciones más estrictas en la masa del planeta y el período orbital, que ahora se estiman en 0,8 masas de Júpiter y ~ 1900 días, respectivamente.
En Diciembre de 2020 , astrónomos en el Radiotelescopio de Parkes en Australia anunció la detección de una señal de radio 'tentadora' proveniente de la dirección de Proxima Centauri. La señal se recogió entre abril y mayo de 2019 como parte de un Breakthrough Escuchar campaña de observación. Esta señal, Candidato 1 de Breakthrough Listen (BLC1), duró 30 horas y mostró una serie de características curiosas.
Por ejemplo, la señal era una emisión de banda estrecha extremadamente nítida, a 982 megahercios (MHz), que parecía estar experimentando un cambio de frecuencia (también conocido como. desplazamiento Doppler ). Según varios astrofísicos, esto es consistente con una fuente en movimiento (es decir, un planeta orbitando su estrella). Sin embargo, la comunidad científica ha anunciado desde entonces que es poco probable que la señal sea otra cosa que el resultado de fenómenos naturales.
Misiones actuales
El 18 de abrilth, 2018, la NASA lanzó el Satélite de estudio de exoplanetas en tránsito (TESS) Al espacio. Esta misión ha recogido efectivamente el rastro abierto porKepler, utilizando el mismo método pero con instrumentos superiores para monitorear miles de estrellas simultáneamente. Equipado con cuatro telescopios de gran angular y asociado dispositivo de carga acoplada (CCD), TESS está llevando a cabo actualmente la primera prospección espacial de exoplanetas en tránsito por todo el cielo.
La misión principal de TESS duró dos años y finalizó oficialmente el 5 de julio.th, 2020 - seguido por la NASA anunciando una extensión de 27 meses en 12 de agosto . Durante el primer año de su Misión Extendida, TESS volverá a observar el hemisferio eclíptico sur (que monitoreó durante su misión principal) y los próximos 15 meses monitoreará el arte del hemisferio eclíptico norte y ~ 60% de la eclíptica.
Durante su misión principal, TESS escaneó alrededor del 75% del cielo y examinó 200.000 de las estrellas más brillantes cerca del Sol en busca de signos de exoplanetas en tránsito. Hasta el 6 de febrero de 2021, la misión TESS ha detectado un total de 2.487 exoplanetas. y confirmado 107 , que van desde candidatos terrestres a super-Júpiter.
Además, la Agencia Espacial Europea (ESA) Observatorio de Gaia continuó monitoreando las posiciones precisas, los movimientos adecuados y las órbitas de más de mil millones de estrellas, planetas, cometas, asteroides y cuásares. Esta misión comenzó a funcionar en 2013 (el mismo año en que la ESA Telescopio espacial Herschel jubilado) y su misión principal debía durar cinco años.
En la actualidad,Gaiaestá en un ampliado parte de su misión que durará hasta el 31 de diciembreS t, 2022, aunque se espera que reciba otra prórroga hasta el 31 de diciembreS t, 2025. Hasta la fecha, la misión ha estado en funcionamiento continuo durante 7 años, 1 mes y 18 días, y continuará trazando mapas del cosmos con el fin de crear el catálogo espacial 3D más grande y preciso jamás creado.
El telescopio espacial Hubble en órbita alrededor de la Tierra. Crédito: NASA
Otra misión de caza de exoplanetas supervisada por la ESA es la Caracterización del satélite ExOPlanets (CHEOPS), que se lanzó el 18 de diciembre de 2019 y es la primera misión de clase pequeña en la ESA. Visión cósmica programa de ciencias. Entre ahora y el final de su misión principal (programada para mediados de 2023), CHEOPS estudiará exoplanetas conocidos para obtener estimaciones más precisas sobre su masa, densidad, composición y formación.
Y, por supuesto, está el venerable telescopio espacial Hubble , que se ha mantenido en funcionamiento durante más de 30 años! Además de hacer descubrimientos profundos que han alterado nuestra percepción del Universo que nos rodea (como medir la tasa de expansión cósmica, lo que lleva a la teoría de la Energía Oscura),Hubbletambién ha jugado un papel vital en la detección y caracterización de exoplanetas.
Por ejemplo, al principio de su misión,Hubbledetectaron discos de escombros alrededor de estrellas distantes (a partir de las cuales se forman los planetas), así como sistemas planetarios que estaban en proceso de formación. Mientras tanto, los archivos deHubbleLas observaciones pasadas han permitido a los astrónomos retroceder y encontrar evidencia de planetas haciendo tránsitos frente a sus estrellas, así como también proporcionar espectros que permitieron la caracterización de atmósferas de exoplanetas.
Hubble’Los muchos años de observación también ayudaron a los astrónomos a aprender sobre la diversidad de exoplanetas y establecer el método actual para clasificarlos. Encima de todo eso,Hubbleha enseñado a los astrónomos mucho sobre la diversidad de las estrellas madre y cómo sus características pueden influir en la habitabilidad de un planeta.
Misiones futuras
En los próximos años, se enviarán al espacio varios telescopios espaciales de próxima generación para ayudar en la búsqueda en curso de exoplanetas habitables. El 31 de octubreS t, 2021, la tan esperada Telescopio espacial James Webb (JWST) se lanzará a su posición en el Sol-Tierra L2 Punta Lagrange . Esta misión será el telescopio espacial más grande y sofisticado hasta la fecha y tendrá que pasar por una fase de despliegue compleja una vez que esté en posición.
Usando su conjunto de infrarrojos (IR) altamente sofisticado y coronógrafos de bloqueo de luz, elJWSTpodrá detectar exoplanetas de menor masa que orbitan más cerca de sus estrellas. Aquí es donde se espera que se encuentren la mayoría de los planetas rocosos similares a la Tierra que orbitan dentro de la zona habitable de una estrella (y, por lo tanto, se consideran 'potencialmente habitables').
Hasta ahora, los telescopios espaciales existentes no tienen la resolución o la sensibilidad para estudiar estos planetas a través de imágenes directas. Los telescopios existentes tampoco han podido obtener espectros de planetas rocosos más pequeños cuando transitan frente a sus estrellas. sin embargo, elJWSTLos instrumentos podrán determinar la composición química de las atmósferas de exoplanetas examinando qué longitudes de onda IR son absorbidas y / o irradiadas.
También está el Telescopio espacial romano Nancy Grace , una misión sucesora apodada la 'Madre del Hubble'. Peinar un espejo primario de 2,4 metros (pies) con el Instrumento de campo amplio Cámara de infrarrojos, un coronógrafo, un espectrómetro y un gran campo de visión, elromanoEl telescopio espacial podrá traer la misma nitidez de imagen deHubblea un área del cielo 100 veces más grande.
La ESA también está preparando una serie de observatorios de próxima generación, como el PL Tránsitos y oscilaciones de las estrellas (PLATO) telescopio espacial. Esta misión observará hasta un millón de estrellas para los tránsitos planetarios, intentará caracterizar sus atmósferas y caracterizará las estrellas midiendo sus oscilaciones. Esta será la tercera misión de clase media en el programa Cosmic Vision de la ESA y está previsto que se lance en algún momento de 2022.
A esto le seguirá la misión del cuarto medio de Cosmic Vision, conocida como Exoplaneta infrarrojo de teledetección atmosférica Estudio grande (ARIEL). Esta misión, que se lanzará en algún momento de 2029, observará al menos 1.000 exoplanetas conocidos mientras transitan frente a sus estrellas para estudiar y caracterizar la composición y las estructuras térmicas de sus atmósferas.
¡Hay todo un Universo de mundos por descubrir y apenas hemos arañado la superficie!
Universe Today tiene muchos artículos interesantes sobre exoplanetas. Aquí está ¿Qué significa 'similar a la Tierra' y debería aplicarse a Proxima Centauri b? , Centrándose en los candidatos de la 'segunda tierra' en el catálogo de Kepler , Nueva técnica para encontrar exoplanetas similares a la Tierra , ¡Exoplaneta potencialmente habitable confirmado alrededor de la estrella más cercana! , El índice de habitabilidad planetaria propone una visión menos 'centrada en la Tierra' en busca de vida , Los exoplanetas habitables similares a la Tierra podrían estar más cerca de lo que pensamos .
Para obtener más información, consulte KeplerPágina de inicio en la NASA. La página de la Sociedad Planetaria en Exoplanetas también es interesante, como es el Archivo de exoplanetas de la NASA - que se mantiene con la ayuda de Caltech.
Astronomy Cast tiene un episodio sobre el tema: Episodio 2: En busca de otros mundos .
Fuentes:
