¿Cómo encuentran los astrónomos los exoplanetas? Explique 5 de las mejores maneras

el 21 de marzo, la NASA anunció la confirmación de la existencia del planeta número 5.000 fuera de nuestro sistema solar. Desde los gigantes de gas abrasador que se encuentran cerca de su estrella madre hasta los mundos rocosos que pueden tener agua en su superficie, hay una variedad de científicos para estudiar.

Pero encontrar estos extraños mundos nuevos es una ciencia en sí misma. Solo hemos sido capaces de detectar planetas de cualquier tipo definitivamente durante unas pocas décadas, e incluso entonces, existen desafíos para detectar un objeto tan pequeño a esa distancia, incluso en los telescopios más potentes.

inverso habla con Marie-Yves Naud, investigador de exoplanetas y coordinador de divulgación del Instituto de Investigación de Exoplanetas de la Universidad de Montreal, para contarnos más sobre cómo los astrónomos encuentran estos mundos y las consideraciones para cada método. Si bien hay muchos métodos, los métodos que se enumeran a continuación son los más comunes.

método de tránsito

Los astrónomos han encontrado la mayoría de los exoplanetas conocidos por el método de tránsito, que se demostró por primera vez en 1999 para confirmar la existencia del planeta HD 209458b. El telescopio espacial Kepler de la NASA, lanzado en 2009, descubrió miles de planetas en un área fija del cielo cerca de la constelación Cygnus. A medida que los planetas pasaban por la cara de su estrella, disminuían ligeramente la luz de la estrella. Estos cambios en los niveles de luz pueden ser detectados por instrumentos llamados fotómetros.

Para que este método funcione, los astrónomos deben detectar un pequeño cambio en el brillo (luminosidad) inherente de la estrella, a menudo menos del uno por ciento. En el espacio, esto es más fácil de lograr debido a la falta de una atmósfera que interfiera con las observaciones y es el método preferido para misiones como Marking Exoplanet Satellite (Khufu) de la Agencia Espacial Europea y Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA.

Naud advirtió que se necesitan múltiples detecciones, lo que significa que se debe ver un planeta a través de múltiples órbitas para asegurarse de que la luz tenue no sea causada por manchas solares o polvo. “Por lo general, esperas hasta que ves dos o tres tránsitos”, dijo, y enfatizó que los astrónomos quieren una gran cantidad de datos del método de tránsito antes de asegurarse de que haya un planeta allí.

Una vez que se descubre un planeta, los astrónomos pueden estimar su radio. Los astrónomos deben encontrar la masa por separado (a menudo mediante el método de velocidad radial que se describe a continuación). Si los astrónomos pueden determinar la masa y el radio de un planeta, pueden determinar si es probable que sea rocoso o gaseoso, lo que tiene implicaciones importantes para la vida.

Si encuentran el planeta rocoso y en una región de la estrella madre que puede albergar agua, por ejemplo, pueden considerarlo habitable. Pero hay complicaciones, como si el planeta está cerca de una estrella que a menudo explota, como una enana roja. Las explosiones constantes bañan el mundo con radiación y amenazan a cualquier microbio emergente. Es por eso que los astrónomos no están seguros de si TRAPPIST-1, por ejemplo, alberga exoplanetas habitables a pesar de que los astrónomos han encontrado siete del tamaño de la Tierra en este sistema y algunos en la zona habitable.

Método de velocidad radial

La velocidad radial es un método popular para encontrar planetas, especialmente con observatorios como el instrumento Buscador de planetas de velocidad radial de alta resolución (HARPS) en el telescopio La Silla de 3,6 m del Observatorio Europeo Austral en Chile.

«A menudo decimos que el planeta gira alrededor de la estrella, pero en realidad, ambos cuerpos dependen de su centro de masa», explicó Naud. «Esta estrella se mueve poco, si tiene un planeta. Si tiene mucho, tendrá un movimiento complejo».

La clave es mirar el espectro de la estrella. A medida que la estrella se mueve hacia nosotros, su luz se comprime y el espectro se vuelve rojo. A medida que la estrella se aleja, su luz se estira y los espectros se vuelven azules. Naud explicó que el espectro de una estrella se ve ligeramente afectado por el movimiento del planeta, lo que lo convierte en «una especie de código de barras para una estrella».

El primer descubrimiento de un planeta alrededor de una estrella similar al Sol de esta manera ocurrió en 1995 cuando Didier Queloz y Michel Mayor publicaron sus hallazgos en 51 Pegasi b. Pero no fue el primer descubrimiento de un planeta: se informó de dos alrededor de PSR B1257+12 en 1992, con un tercer planeta confirmado en 1994. Los astrónomos Alexander Walzxan y Dale Friel descubrieron los planetas a través de cambios intermitentes en una señal de radio púlsar que corresponden con un planeta que orbita entre un púlsar y la Tierra. Te muestra la diversidad de métodos científicos mediante los cuales podemos encontrar diferentes mundos.

Fotografía en vivo

Las imágenes directas permiten a los científicos eliminar la luz de la estrella para ver los exoplanetas directamente. Puede pensar que este es un método fácil, pero es más complicado de lo que parece. Dado que estos planetas son muy pequeños y tienen relativamente poca luz reflejada para que la vea un telescopio, esta técnica todavía es difícil de lograr para los astrónomos con la tecnología de telescopio actual. Es por eso que los astrónomos solo han descubierto unos 60 planetas usando esta técnica hasta ahora.

Sin embargo, hay beneficios: «Es el único método que permite la detección directa de exoplanetas», dijo Nodd. Si bien estos planetas son puntos de luz en este momento, es posible que podamos ver más detalles en sus atmósferas y en sus superficies en un futuro lejano.

Hay dos métodos principales que los científicos utilizan hoy en día para obtener imágenes en vivo. El primero, el Huonograph, bloquea la luz de la capa exterior de la estrella (o corona) usando un dispositivo dentro del telescopio llamado coronógrafo para crear un eclipse planetario artificial.

Por ejemplo, el Gemini Planet Imager canadiense está instalado en un telescopio de 8,1 metros en el Observatorio Austral Gemini, Cerro Passion, Chile. Usando una vértebra de la corona, encontró el primer «Júpiter joven» conocido, 51 Airy B, en agosto de 2015. (Nodd dijo que GPI es pionero en imágenes en vivo).

El segundo método es la sombra de la estrella, que bloquea la luz de la estrella antes de que se mueva dentro del telescopio. Las cubiertas de estrellas diseñadas para exoplanetas deben ser naves espaciales separadas del telescopio para garantizar que tengan la distancia y el ángulo adecuados para bloquear efectivamente la luz de las estrellas, a diferencia de las pantallas de estrellas que se usan para protegerse de la luz de nuestra estrella, como las que se construyen en Telescopio espacial James Webb. Hasta ahora, la sombra de las estrellas no ha volado al espacio.

lente de microgravedad

Si bien los astrónomos han descubierto una minoría significativa de planetas (más de 130 al momento de escribir este artículo) utilizando una técnica llamada microlente, las observaciones son difíciles de seguir. El problema es que a menudo solo vemos estos mundos una vez. Esto se debe a que utilizan un fenómeno, descrito por primera vez por Einstein, en el que un objeto grande en primer plano (como una estrella o una galaxia) hace que la luz de un objeto mucho más pequeño detrás se desvíe. Dado que esta alineación en el cielo es corta e impredecible, a menudo significa que no podemos volver a examinar un planeta en particular.

«Es un poco frustrante, porque sucede una vez cuando tienes una alineación perfecta con un objeto en el fondo», dijo Nodd, y advirtió que crear trabajo para futuros estudios es difícil «porque solo lo vimos una vez».

La alineación cambia ligeramente cuando interviene un planeta: tiene su propia gravedad. La gravedad del planeta agrega un evento lenticular adicional a la luz de la estrella, iluminando la imagen de la estrella de fondo y permitiendo a los astrónomos aprender más sobre ese planeta, incluida su masa y período orbital a pesar de la naturaleza transitoria del evento.

Los astrónomos descubrieron por primera vez un planeta de esta manera en 2003. El descubrimiento combinó las capacidades del Experimento de Lente Gravitacional Óptica de Polonia (OGLE) que examina la diversidad de estrellas, con las Observaciones de Microlente en Astrofísica (MOA) de Japón y Nueva Zelanda. El evento de microlente se conoce como 2003-BLG-235 y es probable que haya sido un planeta 1,5 veces más masivo que Júpiter.

El planeta más preciso es el más lejano. MOA-2011-BLG-291L BSe encuentra a 28.700 años luz de distancia. Sin embargo, hay evidencia circunstancial de planetas el exterior para nosotros Galáctico, pero debido a que los eventos de microlente son tan efímeros, es imposible confirmarlos.

astronomía

La astronomía rastrea las compensaciones en la posición de una estrella causadas por un exoplaneta que orbita alrededor del sistema solar. Dado que las estrellas y sus planetas orbitan alrededor del centro de Barry, los astrónomos pueden detectar la vibración de una estrella causada por un planeta con instrumentos muy precisos. Esta técnica es muy desafiante porque se basa en observaciones más precisas de la velocidad radial y ha sido fuente de muchas afirmaciones controvertidas.

Un ejemplo notorio de las dificultades astronómicas de los descubrimientos de exoplanetas apareció en 1963. Astrónomo del Swarthmore College Peter van de Kamp Anunció que había encontrado un planeta alrededor de la estrella de Barnard usando el refractor Swarthmore de 24 pulgadas en el Observatorio Sproul. Resultó que las modificaciones al espejo primario del telescopio habían producido una señal falsa y que los exoplanetas no existían.

Se espera que la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea, que mapea con precisión las posiciones de las estrellas desde el espacio, utilice la astrometría para buscar exoplanetas. La próxima publicación de los datos, prevista para finales de este año, puede incluir los primeros descubrimientos astrométricos extrasolares.

El archivo de exoplanetas de la NASA solo enumera un planeta Encontrado por astrometría: DENIS-P J082303.1-491201b, también conocido como VB 10b. Sin embargo, dado que el planeta (o enana marrón, según la fuente consultada) no apareció en las observaciones de velocidad radial de seguimiento, «la mayoría de los investigadores lo consideran otro falso positivo», según Sociedad Planetaria. Eso es porque los científicos generalmente prefieren hacer al menos dos descubrimientos de un planeta para confirmar su existencia.

El futuro de la búsqueda de exoplanetas

Si bien es probable que los descubrimientos planetarios en el futuro cercano usen varias formas de los métodos anteriores, algunas ideas adicionales pueden permitirnos observar otros mundos con más detalle. Una idea, por ejemplo, es utilizar el sol como lente gravitacional. Sin embargo, la nave espacial necesitaría viajar la distancia de 550 Sol-Tierra para usarla de manera efectiva, que es siete u ocho veces más que la nave espacial Voyager desde la Tierra.

En la Tierra, los científicos esperan con ansias la primera luz de un telescopio muy grande, un observatorio europeo. Se espera que tomes fotos en vivo. Para algunos planetas y caracterizar mejor su atmósfera. El inicio de las obras está previsto para 2027.