Nuestro sistema solar es sólo un pequeño vistazo auniverso en constante expansión<
Muchos de estos nuevos planetas son muy diferentes deaquellos que giran alrededor de nuestro Sol, e incluso la arquitectura de los sistemas exoplanetarios se parece poco a la nuestra. Con el paso del tiempo, se encontró una gran cantidad de información en algunos de estos mundos distantes. Lo que es aún más notable es la rapidez con que el campo de la investigación exoplanetaria ha crecido en un período de tiempo relativamente corto.
Exoplanetas: ¿qué son?
Un exoplaneta es un planeta más allá del nuestro.Sistema solar. El exoplaneta gira en torno a su estrella, un análogo de nuestro Sol. Junto con una estrella, uno o más exoplanetas forman un sistema solar como el nuestro. La distancia desde el planeta más cercano a la estrella anfitriona puede ser más o menos que la de Mercurio, y los planetas distantes pueden ubicarse más lejos que Saturno y Plutón y pueden ser más grandes que Júpiter: de una forma u otra, un exoplaneta, uno o más forman un sistema solar con su estrella.
¿Cuáles son los "otros" sistemas solares?
- Un sistema con uno o más planetas.
- Un sistema con dos estrellas y un planeta.
- Un sistema con planetas que pueden tener las condiciones adecuadas para la estabilidad del agua en su superficie, necesaria para un componente de la vida tal como la conocemos.
¿Cómo se buscan los exoplanetas?
En 2006, se lanzó la primera nave espacialLa misión dedicada a la investigación exoplanetaria es una misión llamada CoRoT. A los pocos meses de su lanzamiento, CoRoT descubrió su primer planeta, el caliente Júpiter, orbitando una estrella como el Sol. En los próximos años, CoRoT puso la exploración exoplanetaria desde el espacio sobre una base sostenible con la detección constante de planetas inusuales.
Cuando se lanzó la misión de la NASA en 2009Kepler, el número de planetas conocidos empezó a aumentar. Kepler es un observatorio espacial de la NASA, un telescopio orbital con un fotómetro ultrasensible, especialmente diseñado para buscar exoplanetas.
Los métodos para detectar exoplanetas son cada vez más precisos.
Método Doppler(velocidades radiales, velocidades radiales). Los primeros planetas encontrados en la órbita de estrellas similares al Sol se descubrieron utilizando exactamente este método. Una sola estrella, desprovista de sistema planetario, tendrá su centro de gravedad situado en el centro de la estrella. Sin embargo, cuando un planeta orbita una estrella, el centro de gravedad del sistema estrella-planeta se aleja del centro de la estrella, lo que hace que la estrella se "mova" hacia adelante y hacia atrás desde la perspectiva del observador, al igual que las estrellas y las estrellas. El planeta gira alrededor de su centro de masa común. En principio, se pueden medir cambios sutiles en la velocidad radial (línea de visión) de una estrella para revelar la presencia de planetas que de otro modo serían invisibles.
Método Doppler(velocidades radiales, velocidades radiales)
Método de tránsitopermite a los telescopios medir la auroraconfirman la presencia de planetas alrededor de la estrella, ya que cada vez que un planeta pasa por delante de la estrella se produce un oscurecimiento. Los cambios cíclicos de brillo indican el paso de un planeta entre la Tierra y una estrella.
Método de tránsito
Astrometriaes un método que detecta movimientoestrellas midiendo con precisión su posición en el cielo. La técnica también se puede utilizar para identificar planetas alrededor de una estrella midiendo pequeños cambios en su posición mientras oscila alrededor del centro de masa del sistema planetario.
Astrometria
Detección usandomicrolente por gravedadocurre cuando el campo gravitacional de la estrellacurva el espacio-tiempo, lo que desvía la luz de una estrella distante detrás. Este efecto sólo es visible si las dos estrellas están alineadas con la Tierra. Si la estrella que actúa como lente tiene un planeta, el campo del planeta puede tener un efecto pequeño pero notable.
Microlente gravitacional
La detección directa de exoplanetas se basa en imágenes de alta resolución y alto contraste utilizando óptica adaptativa.
¿Cuántos exoplanetas hay en el Universo? ¿Qué son?
A finales de 2019, fue encontrado y confirmado.más de 4.000 exoplanetas. Algunos son tan masivos como Júpiter, pero orbitan mucho más cerca de su estrella que Mercurio de nuestro Sol. Otros exoplanetas son rocosos o helados, y muchos simplemente no tienen análogos en nuestro sistema solar.
En su mayor parte, los exoplanetas se componen del mismolos mismos elementos que componen los planetas de nuestro sistema solar, aunque con diferentes equilibrios compositivos que dan a cada exoplaneta sus cualidades distintivas. Hay cuatro clasificaciones principales de exoplanetas, que incluyen mundos similares a neptuno, mundos con planetas como Júpiter caliente, mundos con super-Tierras y mundos con planetas similares a la Tierra.
Super-Tierras
Una super-Tierra es un planeta con una masa de 1 a 10 masas terrestres. La clasificación de supertierra se refiere solo a la masa del planeta, pero no dice nada sobre las condiciones de su superficie o su idoneidad para la vida.
La tierra a la izquierda y la impresión del artista de la super-tierra a la derecha. Crédito: NASA / JPL-Caltech
Las primeras supertierras, dos exoplanetas con masas cuatro veces superiores a la de la Tierra, fueron descubiertas en órbita alrededor del púlsar PSR B1257+12 en 1992.
La primera súper Tierra alrededor de una estrella principalLa secuencia fue descubierta por un equipo liderado por Eugenio Rivera en 2005. Orbita a Gliese 876 y ha sido designado Gliese 876 d (anteriormente se han descubierto dos gigantes gaseosos del tamaño de Júpiter en este sistema). El planeta tiene una masa estimada de 7,5 masas terrestres y un período orbital muy corto de sólo unos 2 días. Debido a la proximidad de Gliese 876 d a su estrella anfitriona enana roja, Gliese 876 d puede tener una temperatura superficial de 430 a 650 Kelvin (156,85 a 376,85 ° C) y puede contener agua líquida.
Fue la primera enana roja en tenerdescubrió un sistema planetario. Probablemente, los planetas gigantes masivos son generalmente atípicos para tales estrellas. Desde entonces, se han descubierto decenas de supertierras, con una masa de solo 1,9 masas terrestres.
En abril de 2007, los científicos anunciaron el descubrimiento de dos nuevas súper Tierras alrededor de Gliese 581, en el borde de la zona habitable de la estrella, donde es posible que haya agua líquida en la superficie.
Gliese 581 con una masa de al menos 5 masasLa Tierra y la distancia a su estrella de hasta 11 millones de km (0.073 unidades astronómicas) se encuentra en el borde "cálido" de la zona habitable. Estudios posteriores han demostrado que Gliese 581 c probablemente sufrió un efecto invernadero masivo, al igual que Venus.
Los astrónomos han sugerido que las super-Tierras podrían sergeológicamente más activo que nuestro planeta, y experimentan una tectónica más vigorosa debido a las placas más delgadas que están bajo mayor estrés. Aquellos que buscan vida extraterrestre están asombrados por las super-tierras debido a la posibilidad de que puedan ser rocosas y posiblemente habitadas, a diferencia de los gigantes gaseosos.
Mini neptuno
Mini Neptuno (a veces conocido como gasPlaneta enano o planeta de transición) es un exoplaneta, de 2 a 10 masas terrestres con una densidad inferior a 1. Los planetas de este tipo son más pequeños que Urano (14,5 masas terrestres) y Neptuno (17,1 masas terrestres).
Mini-neptuno es una enana gaseosa con líquidoel océano está rodeado por una atmósfera espesa de hidrógeno y helio y un pequeño núcleo rocoso. Aunque un descubrimiento reciente ha demostrado que los mini-neptunes, que todos pensaban que eran planetas gaseosos, podrían ser super-Tierras con un núcleo rocoso rodeado de agua supercrítica. El agua adquiere este estado a presiones y temperaturas muy elevadas.
Planetas en tamaño y masa entre la Tierra yNeptuno no existe en nuestro sistema solar, pero parece ser común en otras partes del universo. Son un cruce entre los planetas rocosos de nuestro sistema solar y sus gigantes de hielo. Como resultado, los astrónomos pudieron analizar la atmósfera de uno de estos mundos distantes "medios", que se conocen como la clase "mini-neptuno". Los resultados de la revisión por pares se anunciaron el 2 de julio de 2019 y se publicaron en Nature Astronomy el 1 de julio de 2019.
Mini neptuno - planeta Gliese 3470 b - giratorioalrededor de su estrella - una enana roja. El planeta pesa aproximadamente 12,6 masas terrestres, lo que lo hace mucho más masivo que la Tierra, pero menos masivo que Neptuno en nuestro sistema solar (17 masas terrestres). Si pones Gliese 3470 b en nuestro sistema solar, encajaría perfectamente entre la Tierra y Neptuno en términos de tamaño. Se cree que el planeta tiene un gran núcleo rocoso enterrado bajo una atmósfera profunda y aplastante de hidrógeno y helio.
Esta ilustración de artista muestraestructura interna teórica del exoplaneta GJ 3470 b. Esto es diferente a cualquier planeta del sistema solar. Con un peso de 12,6 masas terrestres, el planeta es más masivo que la Tierra, pero menos masivo que Neptuno. A diferencia de Neptuno, que está a 3 mil millones de millas del Sol, GJ 3470 b puede haberse formado muy cerca de su estrella enana roja como un objeto rocoso seco. Luego extrajo gravitacionalmente hidrógeno y helio gaseoso del disco circunestelar para crear una atmósfera espesa. El disco se dispersó hace muchos miles de millones de años y el planeta dejó de crecer. La figura inferior muestra una unidad que el sistema parecía hace mucho tiempo. Cortesía de NASA / ESA
Sin embargo, los científicos se hacen periódicamente la pregunta: ¿es Gliese 3470 b una mini-neptuno en la forma en que se menciona ahora, o es una super-tierra?
Otro ejemplo de mini-Neptuno: Kepler-11f tieneuna masa de 2,3 masas terrestres y una densidad de 0,69, la misma que Saturno, que tiene una masa de 95 masas terrestres. Estas propiedades de clase hacen que este exoplaneta entre en la categoría de los mini-Neptunos o enanas gaseosas, que tienen un océano líquido rodeado por una espesa atmósfera de hidrógeno y helio y un pequeño núcleo rocoso.
Júpiter calientes
Los Júpiter calientes son planetas gigantes gaseosos concon un período de circulación de menos de 10 días. El corto período significa que los Júpiter calientes están muy cerca de sus estrellas anfitrionas. Por lo general, están a menos de 0,1 unidades astronómicas de distancia, que es una décima parte de la distancia de la Tierra al Sol. Los Júpiter calientes han dominado los descubrimientos planetarios durante al menos una década porque son más fáciles de encontrar utilizando la velocidad radial (Doppler) y los métodos de tránsito.
Los Júpiter calientes son planetas gigantes gaseosos masivos que orbitan sus soles a poca distancia de la Tierra-Sol en nuestro sistema solar. Crédito: ESA
Según los modelos modernos de formación planetaria,técnicamente, los Júpiter calientes no deberían existir. Un gigante gaseoso no puede formarse tan cerca de su estrella porque la gravedad, la radiación y el intenso viento estelar deben evitar que el gas se pegue.
Sin embargo, existen; de los más de 4.000 exoplanetas confirmados descubiertos hasta la fecha, hasta 337 pueden ser Júpiter calientes.
Una posible solución es quelos júpiter calientes se forman más allá, donde los materiales de construcción son suficientes, y luego migran a sus posiciones actuales. La migración de Júpiter calientes puede desencadenarse por una variedad de mecanismos. Se cree que la razón es el desequilibrio de corrientes en el disco protoplanetario. Algunos científicos creen que las órbitas de Júpiter caliente están excitadas hasta una excentricidad muy alta (una característica numérica de la órbita de un cuerpo celeste, que caracteriza la "compresión" de la órbita).
Sin embargo, una nueva investigación presentada enLa 233ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Seattle confirma una idea que contradice ideas anteriores sobre la formación de planetas pero que está ganando impulso en el campo.
Planetas gigantes que giran alrededorsus estrellas pueden haberse formado en un lugar cercano a sus soles en unos pocos días, en lugar de formarse en la distancia y luego migrar hacia la estrella.
Trabajo publicado el 5 de octubre de 2018 en TheAstrophysical Journal Letters muestra que estos planetas gigantes, llamados Júpiter calientes, pueden formarse en un lugar cercano a sus estrellas y permanecer allí durante toda su vida sin evaporarse.
Discos protoplanetarios que forman planetas.alrededor de las estrellas jóvenes hay un agujero en el medio creado por el campo magnético de la estrella. Una nueva investigación ha demostrado que el límite interno del disco puede formar planetas gigantes gaseosos sin necesidad de que se formen más y migren. Crédito: NASA / JPL-Caltech
En 2017 se descubrió un mundo parecido a Júpiter.tan caliente que el planeta es vaporizado por su propia estrella. Con una temperatura diurna de más de 4.315,556°C (4.600 Kelvin), KELT-9b es un planeta más caliente que la mayoría de las estrellas. Pero su estrella azul de tipo A, llamada KELT-9, es aún más caliente; de hecho, es probable que esté desintegrando el planeta por evaporación.
El concepto de este artista muestra el planeta.KELT-9b, orbitando a su estrella principal, KELT-9. Es el planeta gigante gaseoso más caliente descubierto hasta ahora. Crédito: NASA / JPL-Caltech
En 2019, se estableció un nuevo récord entreórbitas de Júpiter calientes. Según el estudio, un gigante gaseoso llamado NGTS-10b orbita su estrella tan cerca que completa una revolución completa en 18,4 horas. El descubrimiento convierte a este sistema solar en un laboratorio increíble para estudiar las interacciones de las mareas entre una estrella y un exoplaneta gigante peligrosamente cercano.
Análogos de la Tierra
Antes de la búsqueda científica y el estudio de planetas extrasolaresesta posibilidad de la existencia de planetas como la Tierra solo ha sido discutida en filosofía y ciencia ficción. El principio de mediocridad sugiere que los planetas como el nuestro deberían ser comunes en el universo, mientras que la hipótesis de una Tierra única sugiere que son extremadamente raros. Los miles de sistemas estelares exoplanetarios descubiertos hasta ahora son muy diferentes de nuestro sistema solar, al tiempo que confirman la hipótesis de una Tierra única.
Los filósofos señalan que el tamaño del universo es talque debe haber un planeta casi idéntico en alguna parte. En un futuro lejano, los humanos pueden usar la tecnología para producir artificialmente un análogo de la Tierra mediante la terraformación. La teoría del multiverso sugiere que un análogo de la Tierra podría existir en otro universo, o incluso ser una versión diferente de la Tierra misma en un universo paralelo.
Según un estudio del 4 de noviembre de 2013, puedehay 40.000.000.000 de planetas del tamaño de la Tierra orbitando sus estrellas en zonas habitables dentro de la Vía Láctea. El planeta más cercano podría estar a 12 años luz de distancia. Los astrónomos han proporcionado resultados basados en datos de la misión Kepler.
Los hallazgos científicos desde la década de 1990 han influido enormemente en el campo de la astrobiología, los modelos de habitabilidad planetaria y la búsqueda de inteligencia extraterrestre (SETI).
¿Dónde buscar la vida?
Solo conocemos un planeta que tienela vida es tierra. Y en nuestro planeta, el agua es el componente más importante de la vida tal como la conocemos. Si bien los astrónomos aún no están seguros de si hay vida en otros planetas, reducen la búsqueda de mundos potencialmente habitables utilizando varios criterios.
Dado que nuestro concepto de vida es la Tierra, los astrónomosbuscando planetas con características similares a ella. Como, por ejemplo, agua líquida. Pero un objeto celeste solo puede girar tan cerca (como Mercurio) o tan lejos (como Plutón) de su estrella que el agua primero se evapora o se congela en su superficie, de lo que la vida puede formarse allí. La zona habitable es el rango de distancias con las temperaturas adecuadas para mantener líquida el agua del planeta. Los científicos esperan que los descubrimientos en zonas habitables como los planetas del tamaño de la Tierra Kepler-186f nos lleven al agua y un día a la vida extraterrestre.
La zona habitable está en el medio. Crédito: NASA
Si se puede encontrar vida en algún lugar, lo más probable es que sean exoplanetas en la zona habitable.
El futuro de la investigación de exoplanetas: principales misiones y objetivos
JWST (telescopio espacial James Webb)
Misión del Telescopio Espacial NASA / ESA / CSAEl lanzamiento de James Webb en 2021 brindará nuevas posibilidades revolucionarias para la observación de exoplanetas y sus atmósferas. Con un conjunto de cuatro instrumentos que operan en longitudes de onda infrarrojas, Webb utilizará varios métodos para estudiar estos cuerpos extrasolares.
Las observaciones espectroscópicas altamente sensibles de planetas en tránsito, con características similares en términos de tamaño y masa, marcarán el comienzo de una era de ciencia planetaria comparada para exoplanetas.
Impresión artística de Webb. Crédito: ESA, NASA, S. Beckwith (STScI) y equipo de HUDF, Northrop Grumman Aerospace Systems / STScI / ATG medialab
Webb caracterizará atmósferas de exoplanetasregistrando espectros de absorción, reflexión y emisión en longitudes de onda infrarrojas para planetas que abarcan el rango de tamaño desde supertierras hasta gigantes gaseosos. Aprovechará el hecho de que las moléculas en las atmósferas de los exoplanetas tienen una gran cantidad de características espectrales en estas longitudes de onda, proporcionando a los observadores un rico conjunto de herramientas de diagnóstico, muchas de las cuales no están disponibles en la Tierra.
Webb también podrá renderizar directamentealgunos exoplanetas jóvenes y masivos orbitan más lejos de su estrella madre que la mayoría del tránsito. Tres de las herramientas de Webb tienen capacidades de imágenes de alto contraste (en dos casos, esto se hace con un coronógrafo) para minimizar el deslumbramiento de la estrella madre y simplificar la imagen del planeta. Las observaciones con múltiples filtros infrarrojos proporcionarán mucha información sobre estos planetas, sus propiedades y sus mecanismos de formación.
PLATÓN
Misión ESA PLATO (PLAnetary Tránsitos yOscilaciones de las estrellas) debería comenzar en 2026. PLATO tiene como objetivo descubrir y caracterizar una gran cantidad de nuevos sistemas planetarios extrasolares mediante la búsqueda de cientos de miles de estrellas brillantes para planetas en tránsito. PLATO tendrá la capacidad única de encontrar y determinar las propiedades de los planetas terrestres que giran en la zona habitable alrededor de estrellas similares a nuestro Sol.
Combinando medidas precisas de radio PLATO paraUna gran muestra de planetas con masas planetarias correspondientes determinadas a partir de observaciones terrestres, los científicos podrán explorar la diversidad de planetas existentes. Estas observaciones también permitirán a los científicos determinar la composición volumétrica de una gran cantidad de planetas menores, estudiar qué tan similares son a la Tierra e investigar su habitabilidad.
Descubriendo planetas que giran alrededor de estrellas brillantes.PLATO será pionero en misiones posteriores en busca de firmas de vida; estos tipos de planetas son los mejores candidatos para posteriores mediciones espectroscópicas para medir la estructura y composición de las atmósferas planetarias.
ARIEL
Telescopio espacial en desarrollo,que está programado para lanzarse en 2028 como parte de la cuarta misión Cosmic Vision de clase media de la Agencia Espacial Europea. Está previsto que con la ayuda del telescopio se investiguen al menos 1.000 exoplanetas utilizando el método de tránsito.
Desde su lanzamiento en 2028, ARIELestá diseñado para observaciones de alta precisión utilizando fotometría simultánea en la región visible del espectro y espectroscopía en la región de ondas del infrarrojo cercano. Observará y estudiará alrededor de 1,000 gigantes gaseosos de tránsito predominantemente calientes y calientes, Neptuno y supertierras alrededor de una gama de tipos estelares y arquitecturas de sistemas planetarios.
Previsiones
Con este conjunto de telescopios espaciales queLanzado durante la próxima década, podemos esperar ver la Tierra 2.0 acercándose, mientras agrega planetas más extraños e inesperados a la colección de exoplanetas. Se avecinan tiempos emocionantes.
¿Por qué estudiar exoplanetas?
"¿Estamos solos en el universo?" es una de las preguntas más profundas que la humanidad puede plantearse. El descubrimiento del primer exoplaneta orbitando una estrella como nuestro Sol se realizó en 1995, y hoy la investigación de exoplanetas es uno de los campos de más rápido crecimiento en astronomía.
Explorando un espectro diverso de exoplanetas yLos sistemas planetarios que se han descubierto hasta la fecha, desde pequeños a grandes, desde aquellos que parecen terrestres hasta profundamente extraños, no solo nos ayudan a aprender cómo se formaron y desarrollaron estos sistemas en particular, sino que también brindan pistas importantes para comprender si la vida puede existir y dónde puede existir. en otras partes del universo.
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