Cientos de planetas de Kepler: cielo y telescopio

Los datos antiguos del averiado telescopio espacial Kepler de la NASA han arrojado una nueva ganancia inesperada de exoplanetas confirmados, casi duplicando el número contabilizado desde 1992.

La concepción de un artista de los sistemas de planetas en tránsito múltiple.  NASA
La concepción de un artista de los sistemas de planetas en tránsito múltiple.
NASA

El telescopio espacial Kepler de la NASA es el cazador de planetas más exitoso del mundo y, a menudo, se lo llama uno de los mayores éxitos de la historia de la NASA, a pesar del final repentino de su misión principal en mayo pasado. Durante casi 4 años, Kepler monitoreó continuamente 150 000 estrellas en busca de pequeños descensos en su luz cuando las siluetas de los planetas se cruzaban frente a ellas. Entre los hallazgos de Kepler se encuentran algunos de los mundos más extremos y misteriosos que se conocen hasta ahora. Ha capturado planetas que casi rozan la superficie de su estrella anfitriona, otros que orbitan alrededor de un par de soles y sistemas de múltiples planetas que están hacinados en un espacio más pequeño que la órbita de Mercurio.

Ayer, el equipo científico de Kepler rompió otro récord al agregar 715 exoplanetas recién confirmados a su cuenta. “Casi hemos duplicado, solo hoy, el número de planetas conocidos por la humanidad”, dijo Jack Lissauer (Centro de Investigación Ames de la NASA) en una teleconferencia anunciando la noticia.

Estos mundos recién verificados están todos en sistemas de múltiples planetas, denominados «multis», que es como se confirmaron. La mayoría son relativamente pequeños; El 95% se clasifican como Neptunos, mini-Neptunos, súper-Tierras y casi-Tierras. De manera tentadora, incluso Kepler tiene dificultades para detectar objetos más pequeños que eso. Los nuevos hallazgos marcan un gran impulso para la conclusión de que los planetas pequeños superan en número a los gigantes, una tendencia que presumiblemente es cierta en todo el universo.

En cierto sentido, sin embargo, ninguno de los planetas es nuevo. Todos estaban en la lista de Kepler de unos 3.500 «candidatos a planetas»: firmas periódicas similares a tránsitos que probablemente indican mundos reales pero que aún pueden ser falsas alarmas. En sus casi 4 años de funcionamiento, Kepler registró 30.000 tránsitos aparentes. Pero sin evidencia adicional, estos aparentes tránsitos planetarios solo podrían reclamarse como planetas «candidatos».

El problema es este: hay otras formas en que las estrellas pueden producir los mismos oscurecimientos leves de relojería. Los sistemas estelares binarios a menudo se eclipsan entre sí. Y a veces, un binario eclipsante normal aparece mezclado con la luz de una tercera estrella más brillante cercana. El resultado puede parecer notablemente similar a la atenuación creada por un planeta. En el pasado, los planetas confirmados aparecían lentamente, ya que la verificación generalmente requería grandes telescopios terrestres para realizar mediciones lentas y minuciosas de la velocidad radial de la estrella, en busca de su oscilación gravitatoria característica.

Pero el cambio se produjo cuando el equipo de Kepler verificó que podía basarse en un tipo de análisis diferente. De repente, esto ha entregado más de 20 veces más planetas de los que se habían anunciado previamente a la vez.

La clave de esta nueva técnica, conocida como verificación por multiplicidad, es que es muy poco probable que los sistemas en los que dos o más candidatos a planeta transiten por una estrella contengan falsos positivos. Si más de una estrella estuviera eclipsando el objetivo principal de Kepler, el análisis orbital muestra que el sistema estaría en completo caos y se habría desmoronado hace años. En casi todos los casos, estos sistemas son simplemente demasiado inestables para existir. Incluso si solo 1 estrella estuviera eclipsando el objetivo principal de Kepler, el sistema puede ser inestable.

Pero si más de un planeta eclipsara el objetivo principal de Kepler, el análisis orbital muestra que el sistema estaría ordenado y se comportaría bien. Sabemos por nuestro propio Sistema Solar que los sistemas de múltiples planetas pueden ser increíblemente estables.

Para que un sistema de varios cuerpos (3 o más) permanezca estable, debe haber una gran masa central (es decir, 1 estrella o 2 estrellas binarias estrechamente unidas) con todas las demás masas relativamente pequeñas. Ver animación. Por lo tanto, el equipo ahora confía en que cualquier estrella monitoreada por Kepler con múltiples firmas de planetas es real con un nivel de confianza de aproximadamente el 99%.

El histograma muestra el número de planetas por tamaño para todos los exoplanetas conocidos.  Las barras doradas en el histograma representan los planetas recién verificados por Kepler.  Ames de la NASA / W. Stenzel
El histograma muestra el número de planetas por tamaño para todos los exoplanetas conocidos. Las barras doradas en el histograma representan los planetas recién verificados por Kepler.
Ames de la NASA / W. Stenzel

Esto no solo liberó una avalancha de exoplanetas «confirmados», sino que facilitó mucho la clasificación de planetas más pequeños como confirmados. El número total de planetas conocidos del tamaño de la Tierra aumentó en un 400 %, las supertierras en un 600 % y Neptuno en un 200 %.

Emocionantemente, 4 de los nuevos planetas tienen menos de 2,5 veces el diámetro de la Tierra. y orbitan en las zonas habitables de su estrella. Si 4 suena como un número deprimentemente pequeño en comparación con 715, eso se debe a que Kepler encuentra principalmente mundos de hornos a la parrilla cerca de sus soles. Estos simplemente tienen la mayor posibilidad de causar tránsitos desde el punto de vista arbitrario de la Tierra. De manera similar, es probable que un gran número orbite en las zonas más clementes un poco más lejos.

“Kepler ha podido mostrar la diversidad de planetas presentes en nuestra galaxia”, dijo Sara Seager (Instituto de Tecnología de Massachusetts). Ha reforzado el hallazgo de que los sistemas planetarios vienen en una gran variedad, algunos drásticamente diferentes a los nuestros, e incluso ha cuestionado nuestra comprensión de los sistemas de múltiples planetas.

La naturaleza ha demostrado ser capaz de amontonar un número sorprendente de planetas uno cerca del otro en órbitas más pequeñas que las de Venus o incluso las de Mercurio. El poseedor del récord en el recuento recientemente anunciado es Kepler 90: una estrella similar al Sol con al menos 7 planetas en tránsito, todos girando alrededor de la estrella dentro de la órbita de la Tierra.

Es probable que la migración de planetas jugara un papel en la historia temprana de estos sistemas, o que los discos protoplanetarios más densos que el disco inicial de nuestro sistema solar sean más comunes de lo que se pensaba anteriormente. Los discos masivos no solo podrían generar más globos, sino que también deberían facilitar la migración de planetas, ya que los discos pesados ​​interactuarán gravitacionalmente con los planetas con más fuerza.

Las 715 nuevas confirmaciones se extrajeron solo de los primeros 2 años de datos de Kepler. El siguiente paso será filtrar toda la base de datos de la misión. Debido al marco de tiempo más largo, el equipo espera encontrar cientos de mundos más pequeños, incluida una mayor proporción en las zonas habitables de sus sistemas. Naturalmente, lleva más tiempo capturar al menos 3 tránsitos de planetas similares a la Tierra que giran alrededor de sus estrellas anfitrionas una vez al año, en comparación con aquellos que giran alrededor de sus estrellas en solo unos pocos días.

Referencias:

Jack J. Lissauer et al. “Validación de los Candidatos a Múltiples Planetas de Kepler. II: Marco Estadístico Refinado y Descripciones de Sistemas de Especial Interés” El diario astrofísico, en prensa

Jason F. Rowe et al. “Validación de los Candidatos a Múltiples Planetas de Kepler. III: Análisis de la Curva de Luz y Anuncio de Cientos de Nuevos Sistemas Multiplanetarios” El diario astrofísico, en prensa

Comunicado de prensa de la NASA

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