Francis en #rosavientos: Exoplanetas habitables en estrellas enanas ultrafrías

Dibujo20160508 trappist-1 planetary system ESO

Ya está disponible el audio del podcast de Eureka, mi sección en La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Como siempre, una transcripción, unos enlaces y algunas imágenes.

Se han descubierto los tres planetas más parecidos a la Tierra y con mayor probabilidad de albergar vida hasta el momento (según sus descubridores). Su estrella es una enana roja, pero al estar muy cerca de ella su radiación es suficiente para que estén en la zona de habitabilidad. Situados a 40 años luz de distancia de la Tierra se podría estudiar la composición de su atmósfera usando ‘tránsitos’ y quizás se podrían encontrar huellas de vida. Para buscar vida en exoplanetas las estrellas enanas son el mejor lugar por el que empezar y por primera vez hemos encontrados exotierras en una enana ultrafría. Todo un cambio de paradigma con respecto a qué camino seguir en nuestra búsqueda de planetas y de vida en el Universo.

El artículo es Michaël Gillon, Emmanuël Jehin, […] Didier Queloz, “Temperate Earth-sized planets transiting a nearby ultracool dwarf star,” Nature (02 May 2016), doi: 10.1038/nature17448, PDF vía ESO. Sobre la atmósfera y el agua en estos exoplanetas recomiendo Emeline Bolmont, Franck Selsis, […] Michael Gillon, “Water loss from Earth-sized planets in the habitable zones of ultracool dwarfs: Implications for the planets of TRAPPIST-1,” arXiv:1605.00616 [astro-ph.EP].

Recomiendo leer a J. Miguel Mas Hesse, Natalia Ruiz Zelmanovitch, “Tres mundos potencialmente habitables hallados alrededor de una estrella enana ultrafría cercana. Actualmente es el mejor lugar para buscar vida más allá del Sistema Solar,” Comunicado Científico ESO, 02 May 2016; y, por supuesto, a Daniel Marín, “La cambiante zona habitable de TRAPPIST-1,” Eureka, 04 May 2016.

Dibujo20160508 Masses of host stars and equilibrium temperatures of known sub-Neptune-sized exoplanets nature com

Esta semana se ha anunciado el descubrimiento de tres planetas de tamaño terrestre alrededor de una estrella enana ultrafría en la constelación de Acuario. Estos planetas se encuentran en la zona habitable de su estrella, que es muy diferente a nuestro Sol. ¿Qué es una estrella enana ultrafría? Las estrellas se clasifican en función de la temperatura de su superficie. Esta temperatura determina el espectro de la luz emitida por la estrella. Las estrellas más calientes son de tipo espectral O, estrellas azules con una temperatura superficial mayor de 20.000 grados Celsius. Nuestro Sol es una estrella de tipo espectral G, una estrella amarilla con una temperatura superficial de unos 5.500 grados. Las enanas ultrafrías son estrellas de tipo espectral M y L, enanas rojas y enanas marrones, con temperaturas superficiales por debajo de los 3.000 grados (2.700 K). El nuevo sistema planetario se ha encontrado en una estrella de tipo espectral M8, una enana roja con una masa de tan solo el 8% de la masa del Sol, un tamaño apenas mayor que el del planeta Júpiter y una temperatura superficial de unos 2800 grados (2550±55 K). Este nuevo sistema planetario es más parecido, en escala, al sistema de lunas de Júpiter que al del Sistema Solar. La estrella se ha rebautizado como TRAPPIST-1a (antes era 2MASS J23062928-0502285), porque los tres nuevos exoplanetas se han descubierto gracias el telescopio robótico belga TRAPPIST (siglas en inglés de Pequeño Telescopio para el Tránsito de Planetas y Planetesimales, o TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope), instalado en el Observatorio La Silla en Chile, una de las tres instalaciones astronómicas que opera el Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile. El telescopio TRAPPIST está dirigido por Michaël Guillon (Universidad de Lieja, Bélgica) y usa un pequeño telescopio de 60 cm de diámetro para buscar exoplanetas alrededor de unas 60 estrellas cercanas, enanas rojas y enanas marrones ultrafrías, mediante el método del tránsito. En este método la luz de una estrella es bloqueada por el paso de un planeta delante de la línea de visión desde la Tierra. Las pequeñas disminuciones regulares en la luz de la estrella permiten determinar el tamaño y el periodo orbital del planeta. Gracias al método del tránsito se ha descubierto que, a 40 años luz de distancia de la Tierra, la estrella TRAPPIST-1a tiene al menos tres planetas de tipo terrestre.

Los exoplanetas descubiertos por el telescopio espacial Kepler son candidatos a exoplanetas hasta que son confirmados por telescopios terrestres. ¿Estos nuevos tres exoplanetas de tipo terrestre han sido confirmados? El nuevo sistema planetario TRAPPIST-1 se ha publicado en la revista Nature tras su confirmación gracias a la cámara infrarroja HAWK-I, instalada en el telescopio VLT (Very Large Telescope) de 8 metros en Paranal, operado por el Observatorio Europeo Austral (ESO). Además, se espera que pronto será confirmado por su gran competidor, el proyecto español CARMENES (acrónimo en inglés de Calar Alto high-Resolution search for M dwarfs with Exoearths with Near-infrared and optical Échelle Spectrographs). Este proyecto similar a TRAPPIST está instalado en el telescopio de 3,5 metros del Observatorio de Calar Alto, en Almería. De hecho, TRAPPIST es un prototipo para un proyecto más ambicioso llamado SPECULOOS que se instalará en el Observatorio Paranal (Chile) de ESO. Encontrar exotierras en la región habitable de estrellas similares a nuestro Sol es muy difícil por su pequeño tamaño. El telescopio espacial Kepler de la NASA ha encontrado algunas supertierras en la zona habitable, pero su número no será grande hasta que se publiquen los resultados del telescopio espacial Gaia de la ESA (Agencia Espacial Europea) y los observatorios terrestres como TRAPPIST y CARMENES. En los próximos años, la búsqueda de exotierras habitables se concentrará en estrellas enanas, en lugar de estrellas brillantes como nuestro Sol.

Dibujo20160508  Properties of the TRAPPIST-1 planetary system trappist eso nature com

Se han descubierto tres exotierras en la zona habitable de su estrella. ¿Qué es lo que sabemos sobre estos exoplanetas? Los tres nuevos exoplanetas descubiertos por el proyecto TRAPPIST de ESO tienen un tamaño ligeramente mayor que el de la Tierra. Se llaman TRAPPIST-1b, con un radio de 1,11 veces el radio terrestre, TRAPPIST-1c, con un radio 1,05 veces el terrestre, y TRAPPIST-1d, con 1,6 radios terrestres. No conocemos sus masas, ni su densidad, ni si tienen atmósfera, pero lo más probable por su tamaño es que sean planetas rocosos. El periodo orbital (el equivalente al año terrestre) de estas tres exotierras es de 1,5 días para TRAPPIST-1b, 2,4 días para TRAPPIST-1c, y entre 4,6 y 73 días para TRAPPIST-1d. Estos tres exoplanetas están situados en la zona habitable de su estrella, lo que significa que la temperatura superficial de dichos planetas alcanza valores que les permiten retener agua líquida en su superficie. Sin embargo, hay que ser cautos con esta afirmación, pues no sabemos si estos exoplanetas tienen atmósfera y tampoco sabemos si cumplen con todas las condiciones necesarias para que haya agua líquida en su superficie. Basta recordar que en el Sistema Solar los planetas Venus y Marte están en la zona habitable del Sol, pero no corre agua líquida en su superficie. Los dos planetas TRAPPIST-1b y TRAPPIST-1c quizás se encuentran demasiado cerca de su estrella para albergar vida similar a la terrestre. Además, se cree que muestran siempre la misma cara hacia su estrella (como la Luna hacia la Tierra) debido al acoplamiento de marea con su estrella. Esto no afecta a su habitabilidad, pero nos recuerda que son mundos muy diferentes a la Tierra. El tercer planeta, TRAPPIST-1d, se halla en el centro de la región habitable, sin embargo, es bastante más frío que la Tierra, quizás demasiado.

Dibujo20160508  Evolution of the HZ limits for ultracold dwarf star Bolmont et al arxiv org

Estas exoplanetas son parecidos a la Tierra en tamaño, pero no sabemos aún si son rocosos y tienen una atmósfera que permita el agua líquida en su superficie. ¿Se está estudiando la posibilidad de que tengan atmósfera? Por supuesto, en la búsqueda de señales de vida en un exoplaneta los astrónomos estudian su atmósfera. Por ello es una prioridad la búsqueda de señales de la existencia de dicha atmósfera durante los tránsitos de estos planetas, cuando pasan por delante de su estrella. Estudiar la atmósfera de una exotierra durante el tránsito se puede hacer en estrellas de poco brillo, como las pequeñas enanas ultrafrías. El proyecto TRAPPIST no ha descubierto indicios de dicha atmósfera. Quizás no tienen atmósfera porque, aunque orbitan muy cerca de su estrella enana, los dos planetas más interiores, TRAPPIST-1b y TRAPPIST-1c, reciben unas cuatro veces (4,25±0,38) y unas dos veces (2,26±0,21), respectivamente, la irradiación estelar que recibe la Tierra. El exoplaneta más alejado, TRAPPIST-1d, recibe algo menos irradiación que la Tierra (entre un 2% y un 100%), por lo que es el mejor candidato a tener una atmósfera con las condiciones adecuadas para la habitabilidad de su superficie. Sin embargo, hay un problema adicional. Las estrellas enanas son muy longevas pero se contraen con el tiempo y se vuelven menos luminosas. La temperatura superficial de TRAPPIST-1d tuvo que ser muy superior a la actual, quedando fuera de la zona habitable. A medida que la estrella se contrajo, también lo hizo la zona habiable y el planeta TRAPPIST-1d entró en ella. No sabemos si pudo retener suficiente hidrógeno en su atmósfera como para poderse combinar con oxígeno y generar agua en la actualidad. El futuro telescopio espacial James Webb de la NASA, cuyo lanzamiento se prevé para 2018, o el telescopio CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite) de la ESA, cuyo lanzamiento está previsto para 2017, o incluso el Telescopio Europeo Extremadamente Grande (E-ELT) que la ESO instalará en Atacama, Chile, en el año 2022, deberían ser capaces de determinar si estos exoplanetas tienen atmósfera y, en su caso, estudiar su composición en busca de señales de vapor de agua y trazas de actividad biológica. El descubrimiento del sistema planetario TRAPPIST-1 se ha publicado en la revista Nature porque se considera la bandera de salida de la búsqueda exotierras potencialmente habitables en enanas ultrafrías. Proyectos como TRAPPIST y CARMENES nos permitirán descubrir muchos otros sistemas similares en los próximos años. Y en alguno de ellos quizás descubramos una exotierra con atmósfera y señales de agua en su atmósfera, todo un hito en la búsqueda de vida extraterrestre.


1 Comentario

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Txema M.Txema M.

Al estar situados estos planetas mucho más cerca de su estrella que la distancia de la Tierra al Sol, los efectos de marea serán tremendos, ¿no?

¿Por qué no afecta a la habitabilidad de esos exoplanetas que muestren siempre la misma cara hacia su estrella? ¿Sólo se considera que estén dentro de la zona de habitabilidad? ¿Hay extrapolaciones del tipo de vida concebible en esas circunstancias?

Gracias.

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