jueves, febrero 08, 2018

Es probable que los planetas de TRAPPIST-1 tengan agua en abundancia - Videos-.

Primeros datos que revelan de qué están hechos estos exoplanetas del tamaño de la Tierra
Eso- Hubble.- Un nuevo estudio ha revelado que, la composición de los siete planetas que orbitan a la cercana estrella enana ultrafría TRAPPIST-1, es básicamente rocosa y que, potencialmente, algunos podrían albergar más agua que la Tierra. La densidad de los planetas, que ahora se conoce con mucha más precisión, sugiere que algunos de ellos podrían tener hasta un 5% de su masa en forma de agua, aproximadamente 250 veces más que los océanos de la Tierra. Los planetas más calientes, más cercanos a su estrella, son propensos a tener densas atmósferas de vapor, y los más distantes probablemente tengan sus superficies heladas. En cuanto a tamaño, densidad y cantidad de radiación que reciben de su estrella, el cuarto planeta es el más parecido a la Tierra. Parece ser el planeta más rocoso de los siete y tiene posibilidades de albergar agua líquida.

Los planetas que hay alrededor de la débil estrella roja TRAPPIST-1, a sólo 40 años luz de la Tierra, Dos de los planetas fueron detectados por primera vez en 2016 con el Telescopio TRAPPIST-sur, (el Pequeño Telescopio de Planetas Transitorios y Planetesimales) instalado en el Observatorio La Silla de ESO. Durante el año siguiente se llevaron a cabo otras observaciones, tanto desde telescopios terrestres, como el Very Large Telescope de ESO, como con el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, revelando que no había menos de siete planetas en el sistema, cada uno de un tamaño parecido al de la Tierra. Se llaman TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g y h, en el sentido en el que aumenta la distancia de la estrella central [1].

Ahora se han llevado a cabo más observaciones, tanto con telescopios basados en tierra, incluyendo la instalación SPECULOOS, casi completa, en el Observatorio Paranal de ESO, como desde el Telescopio Espacial Spitzer y el Telescopio Espacial Kepler de la NASA. Un equipo de científicos, liderado por Simon Grimm, de la Universidad de Berna (Suiza), ha aplicado métodos de modelado informático muy complejos a los datos disponibles y ha determinado las densidades de los planetas con mucha más precisión [2].

Simon Grimm explica cómo se determinan las masas: “Los planetas de TRAPPIST-1 están tan juntos que interfieren entre sí gravitatoriamente, por lo que, cuando pasan frente a la estrella, hay un ligero cambio en los tiempos. Estos cambios dependen de las masas de los planetas, sus distancias y otros parámetros orbitales. Con un modelo informático simulamos las órbitas de los planetas hasta que los tránsitos calculados concuerdan con los valores observados y de ahí derivamos las masas planetarias”.

Eric Agol, miembro del equipo, nos habla el significado de este hallazgo: “Una meta, perseguida desde hace un tiempo dentro del campo del estudio de los exoplanetas, ha sido conocer la composición de los planetas que son similares a la Tierra en tamaño y temperatura. El descubrimiento de TRAPPIST-1 y las capacidades de las instalaciones de ESO en Chile y del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA en órbita, lo han hecho posible. ¡Por primera vez tenemos una pista que nos dice de qué están hechos los exoplanetas del tamaño de la Tierra!”.

Las medidas de densidad, combinadas con los modelos de las composiciones de los planetas, sugieren firmemente que los siete planetas TRAPPIST-1 no son mundos rocosos estériles. Parecen contener cantidades significativas de material volátil, probablemente agua [3], que alcanza hasta un 5% de la masa del planeta en algunos casos, lo cual supone una gran cantidad: en comparación, ¡solo el 0,02 % de la masa de la Tierra es agua!

Las densidades, pese a ser pistas importantes sobre la composición de los planetas, no dicen nada de habitabilidad. Sin embargo, nuestro estudio es un paso importante mientras seguimos explorando si estos planetas podrían sustentar vida”, afirmó Olivier Brice Demory, coautor en la Universidad de Berna.

TRAPPIST-1b y c, los planetas más interiores, parece tener núcleos rocosos y estar rodeados de atmósferas mucho más gruesas que la de la Tierra.

Los astrónomos que utilizan el Telescopio Espacial Hubble de la NASA han realizado el primer estudio espectroscópico de los planetas del tamaño de la Tierra (d, e, f y g) dentro de la zona habitable alrededor de la estrella cercana TRAPPIST-1. 

 Por su parte, TRAPPIST-1d es el más ligero de los planetas, con un 30 por ciento de la masa de la Tierra. Los científicos no están seguros de si tiene una gran atmósfera, un océano o una capa de hielo.

Hubble revela que al menos tres de los exoplanetas (d, e y f) no parecen contener atmósferas hinchadas y ricas en hidrógeno, similares a los planetas gaseosos como Neptuno.

El equipo de investigación se sorprendió por el hecho de que TRAPPIST-1e sea el único planeta del sistema un poco más denso que la Tierra, lo que sugiere que puede tener un núcleo más denso de hierro y que no necesariamente tiene una atmósfera espesa, un océano o una capa de hielo. Resulta misterioso que TRAPPIST-1e parezca tener una composición mucho más rocosa que el resto de los planetas. En términos de tamaño, densidad y de la cantidad de radiación que recibe de su estrella, es el planeta más similar a la Tierra.

TRAPPIST-1fg y h están lo suficientemente lejos de la estrella anfitriona como para que el agua pueda congelarse y formar hielos sobre sus superficies. Si tienen atmósferas delgadas, sería improbable que contuvieran las moléculas pesadas que encontramos en la Tierra, como el dióxido de carbono.

 "Uno de estos cuatro podría ser un mundo acuático", dijo Wakeford. "Uno podría ser un exo-Venus, y otro podría ser un exo-Marte. Es interesante porque tenemos cuatro planetas que están a diferentes distancias de la estrella. De modo que podemos aprender un poco más sobre nuestro diverso sistema solar, porque estamos aprendiendo cómo la estrella TRAPPIST ha impactado su conjunto de planetas ".

 Al no detectar la presencia de una gran cantidad de hidrógeno en las atmósferas de los planetas, el Hubble está ayudando a allanar el camino para el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, cuya inauguración está programada para 2019. Webb explorará más profundamente las atmósferas planetarias en busca de gases más pesados como dióxido de carbono, metano, agua y oxígeno. La presencia de tales elementos podría ofrecer indicios de si la vida podría estar presente, o si el planeta era habitable.

Se necesitan observaciones adicionales para determinar el contenido de hidrógeno de la atmósfera del cuarto planeta (g). El hidrógeno es un gas de efecto invernadero, que sofoca a un planeta que orbita cerca de su estrella, por lo que es cálido e inhóspito para la vida. Los resultados, en cambio, favorecen atmósferas más compactas como las de la Tierra, Venus y Marte.

Es interesante que los planetas más densos no sean los que están más cerca de la estrella, y que los planetas más fríos no tengan atmósferas gruesas”, señala la coautora del estudio Caroline Dorn, de la Universidad de Zúrich (Suiza).
El sistema TRAPPIST-1 seguirá siendo un foco de intenso escrutinio por parte de numerosas instalaciones terrestres y espaciales, incluyendo el ELT (Extremely Large Telescope) de ESO y el Telescopio Espacial James Webb de NASA/ESA/CSA.

"Hubble está haciendo el trabajo de reconocimiento preliminar para que los astrónomos que usen Webb sepan por dónde empezar", dijo Nikole Lewis del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, co-líder del estudio de Hubble. "La eliminación de un posible escenario para la composición de estas atmósferas permite a los astrónomos del telescopio Webb planificar sus programas de observación para buscar otros posibles escenarios para la composición de estas atmósferas".

Los equipos de investigación también están invirtiendo esfuerzos en buscar otros planetas alrededor de estrellas rojas débiles como TRAPPIST-1. Como miembro de este grupo, Michaël Gillon explica [4]: “Este resultado pone de relieve el enorme interés de explorar estrellas enanas ultrafrías cercanas — como TRAPPIST-1 — para el tránsito de planetas terrestres. Ese es exactamente el objetivo de SPECULOOS, nuestro nuevo buscador de exoplanetas, que está a punto de iniciar operaciones en el Observatorio Paranal de ESO, en Chile”.

El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore lleva a cabo operaciones científicas de Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, Inc., en Washington, DC

"Nadie hubiera esperado encontrar un sistema como este", dijo la miembro del equipo Hannah Wakeford de STScI. "Todos han experimentado la misma historia estelar porque orbitan alrededor de la misma estrella. Es una mina de oro para la caracterización de mundos del tamaño de la Tierra ".

Las observaciones de Hubble aprovecharon el hecho de que los planetas se cruzan frente a su estrella cada pocos días. Usando la cámara de campo amplio 3, los astrónomos hicieron observaciones espectroscópicas en luz infrarroja, buscando la firma del hidrógeno que se filtraría a través de una atmósfera hinchada y extendida, si estuviera presente. "Los planetas están lo suficientemente cerca de su estrella anfitriona, y tienen períodos orbitales muy cortos, lo que significa que hay muchas oportunidades para hacer observaciones", dijo Lewis.

Aunque Hubble no encontró evidencia de hidrógeno, los investigadores sospechan que las atmósferas planetarias podrían haber contenido este elemento gaseoso ligero cuando se formaron por primera vez. Los planetas pueden haberse formado más lejos de su estrella madre en una región más fría del disco gaseoso protostellar que una vez rodeó a la estrella infantil.

"El sistema es dinámicamente estable ahora, pero los planetas no podrían haberse formado en este paquete apretado", dijo Lewis. "Ahora están muy juntos, por lo que deben haber emigrado a donde los vemos. Sus atmósferas primordiales, en gran parte compuestas por hidrógeno, podrían haberse evaporado a medida que se acercaban a la estrella, y luego los planetas formaron atmósferas secundarias ".

En contraste, los planetas rocosos de nuestro sistema solar probablemente se formaron en la región más caliente y más seca, más cerca del Sol. "No hay análogos en nuestro sistema solar para estos planetas", dijo Wakeford. "Una de las cosas que los investigadores están descubriendo es que muchos de los exoplanetas más comunes no tienen análogos en nuestro sistema solar. Entonces las observaciones del Hubble son una oportunidad única para explorar un sistema inusual ".

El equipo de Hubble planea realizar observaciones de seguimiento con luz ultravioleta para buscar el rastro de hidrógeno que escapa de las atmósferas de los planetas, producido a partir de procesos que involucran agua o metano más bajo en sus atmósferas.

Los astrónomos usarán el telescopio Webb para ayudarlos a caracterizar mejor esas atmósferas planetarias. Los exoplanetas pueden poseer un rango de atmósferas, al igual que los planetas terrestres de nuestro sistema solar.

Notas

[1] Los planetas fueron descubiertos usando el Telescopio TRAPPIST-sur, basado en tierra e instalado en el Observatorio La Silla de ESO, en Chile; TRAPPIST-norte, en Marruecos; el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA; el instrumento HAWK de ESO, instalado en el Very Large Telescope en el Observatorio Paranal, en Chile; el telescopio de 3,8 metros UKIRT, en Hawái; el telescopio Liverpool de 2 metros y el Telescopio William Herschel de 4 metros, en la isla Canaria de La Palma; y el telescopio de 1 metro SAAO, en Sudáfrica.

[2] Medir las densidades de los exoplanetas no es fácil. Es necesario conocer tanto el tamaño del planeta como su masa. Los planetas de TRAPPIST-1 se detectaron utilizando el método de tránsitos, es decir, buscando pequeñas disminuciones en el brillo de la estrella, provocadas por el paso de un planeta a través de su disco, lo cual bloquea parte de su luz. Esto da una buena estimación del tamaño del planeta. Sin embargo, es más difícil medir la masa de un planeta (si no hay otros efectos, los planetas con masas diferentes tienen las mismas órbitas y no hay manera directa de distinguirlos). Pero, en un sistema múltiple de planetas, hay una forma: los planetas más masivos perturban las órbitas de los planetas más ligeros. Esto, a su vez, afecta a los tiempos de los tránsitos. El equipo dirigido por Simon Grimm ha utilizado estos efectos, muy sutiles y complicados de detectar, para estimar las masas de los siete planetas basándose en un gran cuerpo de información y en un análisis y modelado de datos muy sofisticados.

[3] Los modelos utilizados también tienen en cuenta volátiles alternativos, como el dióxido de carbono. Sin embargo, se decantan por el agua (ya sea en forma de vapor, líquido o hielo) como componente abundante más probable, dado que el agua es la fuente más abundante de volátiles en los discos protoplanetarios solares en cuanto a abundancias.

[4] La instalación del telescopio de rastreo SPECULOOS (en el Observatorio Paranal, de ESO) está a punto de completarse. 

ESOcast 150 Light: Es posible que los planetas del sistema TRAPPIST-1 tengan agua en abundancia


Un nuevo estudio ha revelado que, la composición de los siete planetas que orbitan a la cercana estrella enana ultrafría TRAPPIST-1, es básicamente rocosa y que, potencialmente, algunos podrían albergar más agua que la Tierra. La densidad de los planetas, que ahora se conoce con mucha más precisión, sugiere que algunos de ellos podrían tener hasta un 5% de su masa en forma de agua, unas 250 veces más que los océanos de la Tierra.
Este ESOcast repasa este importante resultado.
Crédito: ESO
Editing: Nico Bartmann.
Web and technical support: Mathias André and Raquel Yumi Shida.
Written by: Nicole Shearer and Richard Hook.
Music: Music written and performed by: Colin Rayment & Stan Dart.
Footage and photos: ESO, L. Calçada, spaceengine.org, M. Kornmesser.
Directed by: Nico Bartmann.
Executive producer: Lars Lindberg Christensen.
Desfile de planetas: los siete planetas de TRAPPIST-1
Este vídeo, creado a partir de ilustraciones, compara los siete planetas que orbitan a la estrella enana roja ultrafría TRAPPIST-1 en la misma escala. Nuevas observaciones, combinadas con sofisticados análisis, han proporcionado estimaciones de las densidades de los siete planetas del tamaño de la Tierra y sugieren que son ricos en materiales volátiles, tratándose probablemente de agua.
Se muestran a la misma escala pero no en las posiciones relativas correctas.
Crédito: ESO/M. Kornmesser

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