Cómo los telescopios de próxima generación nos ayudarán a buscar exoplanetas

En los últimos años, hemos descubierto una asombrosa variedad de planetas fuera de nuestro propio sistema solar. Además de los que son potencialmente habitable, también hemos encontrado exoplanetas que son más caliente que las estrellas, tener lluvia de hierro y cielos amarillos, y que tienen la densidad del algodón de azúcar. Pero todavía apenas hemos arañado la superficie de lo que hay ahí fuera.

La próxima generación de misiones de búsqueda de planetas irá aún más lejos, identificando exoplanetas y determinando su habitabilidad incluso a miles de años luz de distancia. Para obtener más información sobre cómo se busca la aguja de un planeta en el pajar de nuestra galaxia, hablamos con tres expertos que trabajan en proyectos de exoplanetas de vanguardia.

Una explosión de exoplanetas

Los primeros exoplanetas fueron descubiertos en 1992, y en menos de tres décadas el número de planetas conocidos fuera de nuestro sistema solar se ha disparado. NASA estimados que el número de exoplanetas conocidos aproximadamente se duplica cada 27 meses.

El descubrimiento de exoplanetas comenzó utilizando telescopios terrestres, como el famoso descubrimiento del exoplaneta 51 Peg b en 1995, por el que dos astrónomos suizos recibieron el Premio Nobel. Pero la caza de exoplanetas realmente se aceleró con la llegada de los telescopios espaciales de caza de planetas como el de la NASA. Kepler y TESSA misiones.

Ahora, nuevas misiones de la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea) están identificando y examinando exoplanetas distantes con más detalle que nunca.

Encontrar exoplanetas en nuestra galaxia

PLATO es el telescopio espacial de caza de planetas de próxima generación de la ESA y actualmente se está construyendo con el objetivo de lanzarlo en 2026. La misión se concentrará en estrellas brillantes que están relativamente cerca de nosotros en la galaxia, normalmente en la región de entre 300 y 1.000 años luz de distancia, observando cada área durante al menos dos años.

La misión buscará mundos habitables utilizando el método del tránsito, en el que los investigadores miden el brillo de una estrella distante. Si el brillo de la estrella desciende a intervalos regulares, eso implica que un planeta está pasando entre nosotros y la estrella, bloqueando parte de la luz emitida por la estrella y provocando la caída en brillo. Medir esta caída con precisión permite que instrumentos como PLATO calculen con mucha precisión el tamaño del planeta.

El período de observación de dos años permite a los científicos buscar planetas con períodos más largos. Entonces, mientras una misión como Kepler observaba una pequeña área del cielo durante un largo período de tiempo, y TESS observa grandes regiones del cielo durante un corto período de tiempo, PLATÓN observará tanto una región grande como durante un largo tiempo.

Necesitaremos instrumentos con un período de observación más largo que las misiones anteriores para detectar planetas como el nuestro, explicó Ana Heras, científica del proyecto PLATO, a Digital Trends en una entrevista. “Queremos detectar planetas similares a la Tierra, y esto significa que si quieres ver un planeta similar a la Tierra en el zona habitable, tendrá un período orbital de un año”, dijo. "Por eso tenemos que observar durante al menos dos años, porque queremos ver al menos dos tránsitos".

Los modelos actuales sugieren que la observación de dos tránsitos de una estrella determinada debería proporcionar datos suficientes para identificar y, hasta cierto punto, caracterizar un exoplaneta, pero existe la posibilidad de que PLATÓN observe la misma área durante tres o incluso cuatro años si necesario.

Además de estos planetas similares a la Tierra, PLATÓN también observará estrellas enanas rojas más frías, que potencialmente podrían tener exoplanetas habitables que los orbitan. El fotómetro de alta precisión del telescopio también puede medir información sobre las oscilaciones de las estrellas que se observan, lo que puede informar a los científicos sobre su estructura interna y sus edades. “Esto nos permitirá avanzar, de forma fantástica, en la comprensión de la evolución estelar y en el conocimiento general de la física estelar”, afirmó Heras.

Una de las posibilidades más interesantes de PLATO es que es tan preciso que incluso puede detectar lunas que orbitan alrededor de exoplanetas, llamadas exolunas. Es lógico que existan lunas fuera de nuestro sistema solar, pero los métodos actuales aún no han confirmado definitivamente la detección de una.

La posibilidad de que PLATÓN pueda encontrar una luna así abre la posibilidad de buscar diferentes tipos de entornos habitables, no sólo planetas similares a la Tierra, sino también lunas similares a aquellas como Encélado, la luna de Saturno que es uno de los lugares no terrestres potencialmente habitables más prometedores de nuestro sistema solar.

¿Cuántos planetas hay en nuestra galaxia?

Hasta ahora hemos descubierto aproximadamente 4.200 exoplanetas y prácticamente cada mes se anuncian más. Pero queda una pregunta abierta sobre exactamente cuántos planetas hay en nuestra galaxia. El uso de métodos como el método del tránsito sólo revela planetas en configuraciones particulares, particularmente aquellos que están en estrecha proximidad. órbitas hacia sus estrellas, por lo que necesitamos una vista general de la galaxia para tener una mejor idea de cuántos planetas hay en total.

Eso es lo que viene la NASA Telescopio espacial romano Nancy Grace, o simplemente romano, pretende descubrir. El telescopio se está construyendo actualmente y, una vez que se lance a finales de 2025 o principios de 2026, comenzará un estudio del cielo nocturno llamado Estudio Romano de Exoplanetas Galácticos (RGES).

El objetivo de este estudio no es descubrir o investigar exoplanetas per se, sino más bien obtener una visión general de cuántas estrellas en nuestra galaxia albergan sistemas planetarios y cómo se repartido.

Detectar planetas al desviar la luz

Para realizar su estudio del cielo, Roman utilizará una técnica llamada microlente, que puede detectar exoplanetas pero principalmente informa a los científicos sobre las estrellas alrededor de las cuales orbitan los planetas.

"La microlente es única en muchos sentidos", dijo el investigador principal de RGES, Scott Gaudi, a Digital Trends en una entrevista. Se basa en un proceso llamado lentes gravitacionales, que se utiliza para detectar estrellas. “La forma en que funciona es que si miras una estrella durante un tiempo suficiente (unos 500.000 años), entonces, por casualidad, aparecerá otra estrella en primer plano. flota lo suficientemente cerca de tu línea de visión esa estrella de fondo para dividir la luz de esa estrella de fondo en dos imágenes”, dijo. explicado.

“La estrella fuente del fondo se ilumina cuando la estrella del primer plano se acerca a ella, porque la gravedad de la estrella del primer plano desvía los rayos de luz que se habrían alejado. desde la línea de visión”. Esto significa que si los científicos observan que una estrella en el fondo se vuelve más brillante y luego más débil, pueden inferir que otra estrella ha pasado entre ella y a nosotros.

Esta técnica se puede perfeccionar aún más para detectar exoplanetas. "Si esa estrella en primer plano tiene un planeta, entonces ese planeta tiene masa, lo que significa que también puede lentes gravitacionalmente esa estrella", dijo Gaudí. “Entonces, si una de esas dos imágenes de esa estrella de fondo creada por la estrella anfitriona de primer plano pasa cerca del planeta, provocará una breve brillo o atenuación adicional, que dura entre unas pocas horas, en el caso de un planeta con masa terrestre, y unos pocos días, en el caso de un planeta con masa de Júpiter. planeta."

El problema es que estos eventos, en los que los planetas y las estrellas se alinean exactamente, son raros e impredecibles. Entonces, para capturarlas, los astrónomos necesitan observar una gran cantidad de estrellas. "Se produce un evento de lente por estrella cada 500.000 años, por lo que es mucho tiempo de espera", dijo Gaudí. “Así que monitoreamos aproximadamente 100 millones de estrellas en el bulbo galáctico [un área densamente poblada de estrellas en el medio de nuestra galaxia] y en un momento dado, muchos miles están siendo fotografiados”.

Roman será especialmente adecuado para este tipo de investigación, ya que tiene un campo de visión muy amplio, lo que le permitirá observar una gran parte del bulbo galáctico. También puede monitorear estos millones de estrellas en una escala de tiempo de 15 minutos, lo que permite a los investigadores capturar estos eventos de lentes a medida que ocurren.

Misiones complementarias

Los principales datos que tenemos hasta ahora sobre cuántos exoplanetas podrían existir en nuestra galaxia provienen del ahora retirado Telescopio Espacial Kepler. que examinó el cielo entre 2009 y 2018, midiendo el brillo de unas 150.000 estrellas para buscar exoplanetas utilizando el tránsito método.

Esta misión sentó las bases para la investigación actual de exoplanetas. Sin embargo, debido al método utilizado por Kepler, todavía hay muchos exoplanetas que podría haber pasado por alto. El proyecto romano pretende ampliar y complementar este trabajo utilizando un método diferente.

"El estudio RGES es importante porque será complementario al Kepler", explicó Gaudí. “El método de microlente es intrínsecamente sensible a los planetas que están más alejados, por lo que los planetas con órbitas aproximadamente mayores que la del Tierra." Si este método fuera utilizado por extraterrestres lejanos para observar, por ejemplo, nuestro sistema solar, sería capaz de detectar todos los planetas excepto Mercurio.

“Mientras que Kepler apenas era sensible a los planetas con masa terrestre. Así que realmente necesitamos realizar el estudio RGES para realizar este censo estadístico de exoplanetas en la galaxia”, dijo Gaudí.

La microlente tampoco depende de la luz brillante de las estrellas que se observan, por lo que permite a los científicos observar sistemas que están tanto cerca de nosotros como tan lejos como el centro de la galaxia. Roman permitirá a los investigadores obtener una comprensión estadística de cómo se distribuyen los sistemas planetarios en nuestra galaxia, Gaudí dijo: "Entonces podemos determinar la distribución galáctica de los sistemas exoplanetarios, lo cual es básicamente imposible con cualquier otro técnica."

Caracterización de exoplanetas mediante tránsitos.

Los telescopios PLATO y Romano serán invaluables para descubrir nuevos exoplanetas y estimar cuántos exoplanetas existen en total en nuestra galaxia. Pero una vez que sepamos cuántos planetas hay y dónde están ubicados, necesitaremos nuevas herramientas para aprender más sobre estos planetas, investigando características como su masa, tamaño y edad. Esta información puede ayudarnos a ver qué tipo de planetas hay, ya sean gigantes gaseosos como Júpiter o Saturno o mundos rocosos como la Tierra y Marte.

La ESA lanzó recientemente un nuevo telescopio espacial llamado CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite) que está investigando exoplanetas desde órbita. Es probable que el proyecto CHEOPS encuentre algunos exoplanetas nuevos durante su mandato, pero su objetivo principal es investigar con más detalle los exoplanetas encontrados mediante otros estudios utilizando el método de tránsito.

"Somos, de hecho, una misión de seguimiento", explicó Kate Isaak, científica del proyecto CHEOPS, a Digital Trends en una entrevista. "Estamos haciendo un seguimiento para encontrar los tamaños, entre otras cosas, de exoplanetas conocidos".

Esto significa que los científicos de este proyecto tienen una ventaja en sus observaciones, ya que ya tienen la información que necesitan sobre cuándo ocurrirá un tránsito. Pueden apuntar el instrumento hacia el planeta objetivo justo en el momento adecuado mientras está en tránsito para capturar información sobre él.

CHEOPS se lanzó hace sólo unos meses pero ya ha descubierto nueva información sobre el planeta KELT-11 b, descubriendo que este peculiar planeta tiene una densidad tan baja que “flotaría en el agua de una piscina lo suficientemente grande”, según un comunicado de los investigadores.

Buscando la Tierra 2

La detección y el estudio de exoplanetas no se trata sólo de encontrar mundos extraños como KELT-9b o Micrófono AU b aunque. También se trata de la pregunta más importante: si existe o no vida fuera de la Tierra. El trabajo que están realizando los astrónomos ahora está comenzando a investigar cuestiones no sólo sobre dónde están los planetas, sino también sobre si podrían ser habitables. Con el tiempo, podrían ayudar a determinar si estos planetas distantes realmente albergan vida.

"Uno de los santos griales de la ciencia de los exoplanetas es la búsqueda de vida", dijo Isaak. “Una de las cosas que la gente busca es un planeta similar a la Tierra. Una Tierra 2, se podría decir”. Esto implica buscar un planeta rocoso dentro de la zona habitable de una estrella: la distancia desde una estrella a la que puede existir agua líquida en la superficie del planeta. Misiones futuras como el próximo telescopio espacial James Webb incluso podrán investigar si los exoplanetas distantes tienen atmósfera.

Heras, científico del proyecto PLATO, coincidió en la importancia de la búsqueda de habitabilidad. "El estudio de exoplanetas posiblemente habitables es realmente el siguiente paso para comprender no sólo cómo evolucionan los planetas, sino también quizás cómo apareció la vida", afirmó. "Después de todo lo que hemos aprendido sobre los exoplanetas, el siguiente paso será aprender más sobre el desarrollo de la vida y cómo comenzó la vida".

También hay una gran pregunta abierta sobre si existen otros sistemas solares similares al nuestro. "También nos gustaría saber qué tan único es nuestro planeta", dijo Heras. Explicó que incluso con los miles de exoplanetas descubiertos, muy pocos de estos se encuentran dentro de la zona habitable de sus estrellas. "Así que todavía no sabemos, con nuestro conocimiento, qué tan único es nuestro sistema solar y qué tan única es la Tierra".

La pregunta definitiva

Este vínculo entre el descubrimiento de exoplanetas y la búsqueda de vida impulsa tanto a los científicos que trabajan en estos proyectos como al apetito del público por aprender sobre mundos distantes. Es imposible oír hablar de extraños exoplanetas y no imaginar cómo sería vivir en estos extraños lugares.

"Los exoplanetas son fascinantes, al menos porque son fáciles de entender", dijo Isaak. “Vivimos en un planeta. La cuestión de si estamos solos es profunda (filosófica, física y psicológicamente); es una pregunta fascinante que podemos comprender fácilmente. La búsqueda y el estudio de exoplanetas son pasos hacia la pregunta de si estamos solos... Con CHEOPS, no vamos a encontrar vida. No terminaremos la misión diciendo que hemos descubierto hombrecitos verdes en el Planeta X. Pero lo que haremos es contribuir al proceso mediante el cual se podría lograr eso a largo plazo”.

Incluso si la búsqueda de vida no arroja nada, seguiría siendo un hallazgo profundo. Y la búsqueda en sí misma puede estimular la investigación científica y la contemplación profunda de nuestro lugar en el universo.

"Creo que todos estamos buscando un significado", dijo Gaudí. "Si de alguna manera pudiéramos tener una idea sobre si la vida, incluso la vida simple, surgió o no en otro planeta independientemente de la vida en la Tierra... o si no y nos sentimos cósmicamente solos, cualquiera de las dos cosas tendría un impacto muy profundo en nuestra visión de nosotros mismos y de nuestro lugar en el mundo. universo. Es ese significado el que me impulsa personalmente a estudiar la búsqueda de habitabilidad y potencialmente de vida”.