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¿Extrañamos otros planetas? Emocionante nueva evidencia revelada por astrónomos

Esta ilustración muestra un planeta parcialmente oculto por el resplandor de su estrella anfitriona y una estrella cercana. Después de examinar varias estrellas binarias, los astrónomos han concluido que los planetas del tamaño de la Tierra en muchos sistemas de dos estrellas pueden pasar desapercibidos para las búsquedas de tránsito, que buscan cambios en la luz de la estrella cuando un planeta pasa frente a ella. La luz de la segunda estrella dificulta la detección de cambios en la luz de la estrella anfitriona cuando el planeta pasa frente a ella. Crédito: Observatorio Internacional Gemini / NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva

Los astrónomos que estudian pares estelares han descubierto evidencia de que podría haber más planetas del tamaño de la Tierra de lo que se pensaba anteriormente.

Algunas búsquedas de exoplanetas pueden pasar por alto casi la mitad de los planetas del tamaño de la Tierra alrededor de otras estrellas. Los nuevos hallazgos de un equipo que usa el Observatorio Internacional Gemini y el Telescopio WIYN de 3.5 metros en el Observatorio Nacional Kit Peak sugieren que mundos del tamaño de la Tierra podrían acechar sin ser detectados en sistemas estelares binarios, ocultos en el resplandor de sus estrellas madres. Dado que casi la mitad de todas las estrellas están en sistemas binarios, esto significa que los astrónomos podrían perderse muchos más mundos del tamaño de la Tierra.

Los planetas del tamaño de la Tierra pueden ser más comunes de lo que se pensaba anteriormente. Los astrónomos que trabajan en el Centro de Investigación Ames de la NASA utilizaron los telescopios duales del Observatorio Internacional Gemini, un programa de NSF NOIRLab, para determinar que la misión TESS de la NASA ha identificado varias estrellas anfitrionas de planetas para buscar exoplanetas.[1] En realidad, son pares de estrellas, conocidas como estrellas binarias, donde los planetas giran alrededor de una de las estrellas del par. Después de examinar estas estrellas binarias, el equipo concluyó que los planetas del tamaño de la Tierra en muchos sistemas de dos estrellas podrían pasar desapercibidos por búsquedas de tránsito como TESS, que busca cambios en la luz de la estrella cuando un planeta pasa frente a ella.[2] La luz emitida por la segunda estrella dificulta la detección de cambios en la luz de la estrella anfitriona a medida que pasa el planeta.

El equipo comenzó tratando de determinar si algunas de las estrellas anfitrionas de exoplanetas identificadas por TESS son en realidad estrellas binarias desconocidas. Los pares físicos de estrellas que están muy juntas se pueden confundir con estrellas individuales a menos que se observen con una resolución muy alta. Así que el equipo recurrió a los dos telescopios Gemini para examinar una muestra de estrellas anfitrionas de exoplanetas con minucioso detalle. Usando una técnica llamada imagen macular,[3] Los astrónomos se dispusieron a ver si podían detectar compañeros estelares no descubiertos.

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Usando los instrumentos Alopeke y Zorro en los telescopios Gemini North y South en Chile y Hawaii’i, respectivamente,[4] El equipo observó cientos de estrellas cercanas que TESS ha identificado como anfitriones potenciales de exoplanetas. Descubrieron que 73 de estas estrellas son en realidad sistemas estelares binarios que aparecieron como puntos únicos de luz hasta que se observaron a una resolución más alta con Géminis. «A través de nuestros telescopios del Observatorio Gemini de 8,1 metros, hemos obtenido imágenes de muy alta resolución de estrellas anfitrionas de exoplanetas y hemos detectado compañeros estelares a intervalos muy pequeños», dijo Katie Lister del Centro de Investigación Ames de la NASA, quien dirigió el trabajo.

El equipo de Leicester también estudió 18 estrellas binarias adicionales encontradas anteriormente entre los huéspedes de exoplanetas TESS utilizando el exoplaneta NN-EXPLORE y el generador de imágenes de moteado estelar (NESSI) en el telescopio WIYN de 3,5 metros en el Observatorio Nacional Kitt Peak, también programa NOIRLab de NSF.

Después de identificar las estrellas binarias, el equipo comparó los tamaños de los planetas detectados en los sistemas estelares binarios con los de los sistemas estelares individuales. Se dieron cuenta de que la nave espacial TESS había encontrado exoplanetas grandes y pequeños orbitando estrellas individuales, pero solo grandes planetas en sistemas binarios.

Estos resultados sugieren que una gran cantidad de planetas del tamaño de la Tierra podrían estar al acecho en sistemas binarios y no ser detectados utilizando el método de tránsito utilizado por TESS y muchos otros telescopios cazadores de planetas. Algunos científicos habían sospechado que las búsquedas de tránsito podrían pasar por alto planetas pequeños en sistemas binarios, pero el nuevo estudio proporciona apoyo observacional para respaldarlos y muestra los tamaños de los exoplanetas afectados.[5]

«Hemos demostrado que es difícil encontrar planetas del tamaño de la Tierra en sistemas binarios porque los planetas jóvenes se pierden en el resplandor de sus estrellas madre», dijo Lister. «Sus tránsitos están llenos de luz de la estrella compañera», agregó Steve Hoyle del Centro de Investigación Ames de la NASA, quien lidera el esfuerzo de imágenes de motas y participó en la investigación.

«Debido a que casi el 50% de las estrellas están en sistemas binarios, podríamos perdernos la oportunidad de descubrir, y la oportunidad de estudiar, muchos planetas similares a la Tierra», concluyó Lister.

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La posibilidad de que falten estos mundos significa que los astrónomos necesitarán utilizar una variedad de técnicas de observación antes de concluir que un sistema estelar binario en particular no contiene planetas similares a la Tierra. «Los astrónomos necesitan saber si una estrella es un binario o una estrella binaria antes de poder afirmar que no hay planetas menores en este sistema», explicó Lister. «Si es uno, puedes decir que no hay planetas menores. Pero si el anfitrión está en un binario, no sabrás si el planeta menor está oculto por la estrella compañera o no. Necesitarás más observaciones usando un método diferente para averiguarlo «.

Como parte de su estudio, Lister y sus colegas también analizaron qué tan alejadas están las estrellas en los sistemas binarios donde TESS ha descubierto grandes planetas. El equipo descubrió que las estrellas en pares de huéspedes de exoplanetas estaban típicamente más lejos que las estrellas binarias con planetas desconocidos.[6] Esto puede indicar que los planetas no se forman alrededor de estrellas que tienen compañeras cercanas.

“Este estudio fotogramétrico del lugar demuestra la necesidad crítica de que las instalaciones de los telescopios NSF caractericen los sistemas planetarios recién descubiertos y mejoren nuestra comprensión de los grupos planetarios”, dijo Martin Steele, Oficial de Programa de Astronomía de la División de Ciencias Astronómicas de la Fundación Nacional de Ciencias.

«Este es un descubrimiento importante en el trabajo de los exoplanetas», comentó Howell. «Los resultados ayudarán a los teóricos a crear sus modelos de cómo se forman y evolucionan los planetas en sistemas de estrellas dobles».

Notas

  1. TESS es el satélite de estudio de exoplanetas en tránsito, una misión de la NASA diseñada para buscar planetas que orbitan otras estrellas en un estudio de aproximadamente el 75% de todo el cielo nocturno. La misión comenzó en 2018 y descubrió más de 3.500 exoplanetas candidatos, más de 130 de los cuales han sido confirmados. El satélite busca exoplanetas observando sus estrellas anfitrionas; Un exoplaneta en tránsito provoca una disminución leve pero mensurable en el brillo de su estrella anfitriona cuando transita frente a la estrella y bloquea parte de su luz.
  2. La tecnología de tránsito es una de las formas de descubrir exoplanetas. Implica buscar caídas regulares en la luz de la estrella que podrían ser causadas por un planeta que pasa por delante o «cruza» la estrella y bloquea parte de la luz de la estrella.
  3. La imagen de moteado es una técnica astronómica que permite a los astrónomos ver más allá de la atmósfera neblinosa de la atmósfera tomando muchas observaciones rápidas en rápida sucesión. Combinando estas observaciones, es posible cancelar el efecto brumoso de la atmósfera, que afecta a la astronomía terrestre al hacer que las estrellas brillen en el cielo nocturno.
  4. Alopeke & Zorro son instrumentos de imagen idénticos instalados permanentemente en los telescopios Gemini Norte y Sur. Sus nombres significan «zorro» en hawaiano y español, respectivamente, lo que refleja sus ubicaciones en Maunaki, Hawaii y Cerro Passion, Chile.
  5. El equipo descubrió que los planetas del doble del tamaño de la Tierra o más pequeños no pueden detectarse utilizando el método de tránsito cuando se observan sistemas binarios.
  6. El equipo de Lister descubrió que las estrellas binarias que albergan los exoplanetas que identificaron tienen separaciones promedio de alrededor de 100 AU. (Una unidad astronómica es la distancia promedio entre el Sol y la Tierra). Las estrellas binarias de las que no se sabe que alberguen planetas suelen estar separadas por unas 40 UA.
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Esta investigación fue presentada en el artículo «Observaciones puntuales de estrellas anfitrionas de exoplanetas TESS. II. Compañeros estelares en 1-1000 AU e implicaciones para la detección de planetas menores» que aparece en Diario astronómico.

Referencia: «Observación de TESS. II. Compañeros estelares en 1-1000 AU e implicaciones para el descubrimiento del planeta joven» por Katherine F. Lester, Rachel A. Mattson y Steve B. Howell, Elise Forlan, Crystal L. Genelka, Nicholas J. Scott, David R. Ciardi, Mark E. Everett, Zachary D. Hartman y Lea A. Hirsch, Aceptadas, Diario astronómico.
arXiv: 2106.13354

El equipo está formado por Katherine F. Lister (Centro de Investigación Ames de la NASA), Rachel A. Mattson (Observatorio Naval de EE. UU.), Steve B. Howell (Centro de Investigación Ames de la NASA), Elise Furlan (Instituto de Ciencias Extrasolares, Caltech), Crystal L. Genelka (Centro de Investigación Ames de la NASA), Nicholas J. Scott (Centro de Investigación Ames de la NASA), David R. Ciardi (Instituto de Ciencias de Exoplanetas, Caltech), Mark E. Everett (NOIRLab de NSF), Zachary de Hartmann (Observatorio Lowell y Física y Astronomía Division, Georgia State University) y Leah A. Hirsch (Instituto Kavli de Astrofísica, Partículas y Cosmología, Universidad de Stanford).

NOIRLab (Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica Infrarroja) de NSF, el centro de EE. UU. Para la astronomía óptica infrarroja terrestre, opera el Observatorio Internacional Gemini (NSF Facility, NRC-Canadá, ANID-Chile, MCTIC-Brasil, MINCyT- Argentina, KASI – República de Corea), Observatorio Nacional Kate Summit (KPNO), Observatorio Panamericano Cerro Tololo (CTIO), Centro Comunitario y de Ciencia de Datos (CSDC), Observatorio Vera C Rubin (operando en conjunto con el Laboratorio Nacional Acelerador de Energía del Departamento de SLAC). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar una investigación astronómica en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea en Hawai’i, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y reconocemos el papel cultural muy importante y reverenciado que estos sitios tienen para la nación de Tohono O’odham, para la comunidad nativa hawaiana y para las comunidades locales de Chile, respectivamente.