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-1f, g 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.
TRAPPIST-1f, g 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.
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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
