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Astronomía: más allá de las estrellas

Astronomía: más allá de las estrellas

 

Publicado en línea 2 de febrero de 2011 | Naturaleza 470, 24-26 (2011) | doi:10.1038 / 470024a
Actualizado en línea: 4 de febrero de 2011

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Astronomía: más allá de las estrellas
Lanzado en 2009 para buscar mundos más allá del Sistema Solar, la misión Kepler es superar las expectativas. ¿Está cerrando la tierra de otro?

Eugenie Samuel Reich

Sentado a una entrevista en su oficina en el centro Harvard-Smithsonian para la Astrofísica (CFA) en Cambridge, Massachusetts, el astrónomo normalmente voluble Dimitar Sasselov parece nervioso. Pidieron su favorito entre los muchos planetas potenciales descubierto por la misión de búsqueda de planeta de Kepler de la NASA, por el que es un co-investigador, vacila y luego elude la cuestión completamente. “Personalmente, estoy ya más allá de ese punto. No es uno. No es un solo planeta. Es toda una familia”.

Sasselov tiene buenas razones para tener cuidado: su conferencia pública julio pasado en la Conferencia de tecnología, entretenimiento y diseño de 2010 en Oxford, Reino Unido, le valió una severa reprimenda de sus colegas sobre la misión. No sólo tenía presentó los números para posibles planetas mayores que las lanzado oficialmente por el equipo, dijeron, pero también había utilizado un fraseo descuidado que resultó en una balsa de titulares proclamando — incorrectamente — el descubrimiento de cientos de otras tierras.

Ese hullabaloo se hizo a un lejano recuerdo esta semana, como la misión lanzado 400 de sistemas de candidato, agregar a la 306 lanzado el pasado mes de junio. Junto con los candidatos vino un montón de planetas confirmados. Los hallazgos más recientes, publicado en sitio Web de la NASA el mes pasado (véase http://go.nature.com/aejd15) y publicado en la naturaleza esta semana 1, incluir un planeta rocoso orbitando tan de cerca a su estrella que su lado apaciguante debe ser un mar hirviente de lava; y un sistema planetario que contiene varios planetas grandes, rocas o heladas en órbitas de decenas de días, sólo un orden de magnitud más rápido que el ciclo de 365 días de la tierra. “Es muy emocionante. Es un tipo de sistema que no hemos visto antes,”dice Jack Lissauer, espacio científico y Kepler co-investigador basado en el NASA Ames Research Center en Moffett Field, California y un autor principal en el libro en la naturaleza.

Sin embargo, la mayoría de los científicos de Kepler siguen siendo cauteloso. Observando a la luz de algunas estrellas de 150.000 para el sistema de atenuación podría marcar un cruce de planeta delante de ellos, que Kepler es extraordinariamente eficiente en la búsqueda de planetas posibles. Pero todavía no encontrar otra tierra Kepler, puede surgir un planeta pequeño, rocoso con una órbita de unos cien días y dentro de la zona de habitabilidad en la vida y que el agua puede existir. Eso es por una razón fundamental; los blips que detecta Kepler muestran sólo el radio y no la masa, de un planeta observado, lo que significa que la densidad y la composición generalmente permanecen desconocidos.

Por otra parte, el objetivo científico de la misión Kepler no es descubrir planetas similares a la tierra. En su lugar, es estimar la fracción de Sun-como estrellas que tienen planetas similares a tierra — estadísticas que podrían mejorar considerablemente los astrónomos comprensión de cómo planetaria sistemas de forma. Determinar cuál de los blips corresponden a planetas — en lugar de los sistemas de estrellas en el que uno es eclipsado, causando un oscurecimiento similares — es lo que los investigadores pasan la mayor parte de su tiempo, dice investigador William Borucki, espacio científico y Kepler en Ames de la NASA. La única manera de hacer eso, dice, es la manera más difícil: el real cuidadosamente clasificación señales desde los falsos positivos.

Sesgo observacional

Haga clic para agrandar la imagen. HURT DE NASA/JPL-CALTECH/R.; SSC-CALTECH

Hasta Kepler, utiliza el método de detección de líder para descubrir exoplanetas — planetas fuera del Sistema Solar, fue mucho más probable que encuentre los planetas gigantes, lo que resulta en un sesgo de toma de muestras. Conocido como la velocidad radial o espectroscopia Doppler, el método depende de identificación el cambio en las líneas espectrales de una estrella como wobbles alrededor de un centro común de gravedad con un planeta. Cuanto mayor sea el planeta y la más cercana a la estrella se encuentra, movimiento del más rápida será la estrella hacia y desde la tierra y más fácil es para detectar el cambio en las líneas espectrales. Casi todos los planetas encontrados por esta técnica han sido más grandes que Júpiter y muy cerca de sus estrellas, a veces completando una órbita en pocos días.
Un método alternativo se presentó en el año 2000, cuando la CFA astrónomo David Charbonneau y sus colegas, trabajando desde un cobertizo en un aparcamiento fuera el Centro Nacional de investigación atmosférica en Boulder, Colorado, observaron un planeta pasando a través de — o en tránsito: el rostro de su padre estrellas 2. Dentro de los días, otro grupo hizo una observación similar de 3. En este caso, los investigadores fueron confirmando un tránsito predicho para un planeta, HD 209458b, que había sido descubierto mediante el método de velocidad radial.

Poco después, planetas fueron detectados en sus tránsitos por sí sola. Esas primeras detecciones también dado grandes, cerrar-en planetas, que eran más fáciles de ver, ya que oculta grandes porciones de sus estrellas de host que harían sus homólogos del tamaño de la tierra. Pero los investigadores estaban muy entusiasmados a darse cuenta de que, en principio, un telescopio espacial podría hacerse lo suficientemente sensible como para ver los tránsitos de los planetas de tamaño de la tierra en órbitas de la tierra-como — y nació la idea de Kepler.

“Esto es nuestro primer punto de datos hacia abajo en el régimen de rocky — es un gran hito.”

Kepler fue diseñado como un telescopio espacial de 0,95 metros de diámetro que podría detectar exoplanetas mediante la supervisión de las variaciones en la luz de estrellas. A diferencia de los telescopios terrestres más y la misión de la agencia espacial francesa COROT planet-finder, que supervisar los objetivos durante meses en un momento en la mayoría, Kepler iba a mirar en el campo de visión mismo, fijo de 3 o 4 años. Este campo abarca 150.000 estrellas en las constelaciones Cygnus y Lyra, elegidas por una prevalencia de Sun-como estrellas. El compromiso con el mismo campo de estrellas hizo Kepler única en su capacidad para la captura de tres o cuatro repetir las observaciones de tránsitos por pequeños planetas en órbitas anuales, similar a tierra, incluso si no sería capaz de determinar la masa y la composición.

La nave espacial fue lanzada en marzo de 2009, y los científicos de Kepler anunciaron sus primeros planetas pocos lo siguiente enero. “Sólo estábamos bañando la crema de la parte superior,” dice Natalie Batalha, un astrónomo en la Universidad Estatal de San José en jefe de equipo de ciencia de California y de Kepler adjunto. En ese momento, la escala de tiempo corto que se sobre el que la misión había estado funcionando siguen favoreciendo al descubrimiento de los planetas gigantes con órbitas rápidas que estaban demasiado cerca de sus estrellas de host a ser habitable. Estos incluían cinco planetas gigantes con órbitas de entre 3,2 días y días 4,9 4. Pero los candidatos planetarios 306 lanzado unos meses más tarde le dijo una historia diferente. La mayoría de ellas corresponde a planetas más pequeños o de tamaño de Neptuno, y casi 40 son más pequeños que dos veces tamaño 5 la tierra. Si se confirma, las estimaciones de Batalha, cinco correspondería a planetas orbitan dentro de las zonas habitables de sus estrellas.

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El proceso de convertir a un candidato en un planeta confirmado es tortuoso. Cada mes, los píxeles que representa un flujo continuo de luz capturada a las estrellas de destino se descargan desde la nave en equipos en Ames de la NASA, donde ellos se convierten en curvas de luz: gráficos que muestran la intensidad de la luz de la estrella a medida que cambia con el tiempo. Las banderas de software hasta alrededor de 2, tiene, 000 interrupciones en curvas de luz automáticamente, y estos se envían a un comité presidido por Batalha. Aquellos no rechazada como evidentes falsos positivos — debido al ruido de instrumento, por ejemplo, se asignan a un objeto de Kepler de número de interés (KOI). Los científicos de la misión estiman que el 50% de las KOIs son planetas reales, pero han podido confirmar sólo 15 de los 306 KOIs anunció que hasta el momento (véase
«no hay lugar como el hogar’

) — los incluidos publicaron en esta cuestión.

La forma más obvia para descartar un falso positivo es detectar el planeta utilizando otro método. Charbonneau, ahora un científico participante en Kepler, está trabajando para el seguimiento de las KOIs con el telescopio espacial de la NASA Spitzer, que es sensible a la radiación infrarroja. Es ideal para sentencia a un tipo del conocido positivo falso como una mezcla, que consiste en una gran estrella más brillante en la misma línea de visión como dimmer dos, orbitando estrellas, por lo que en ocasiones uno eclipsa a la otra. De Kepler, una mezcla puede buscar como el tránsito de un planeta del tamaño de Júpiter, dice Charbonneau, pero no a Spitzer, ya que las tres estrellas tendrán diferentes proporciones de su luz en las longitudes de onda infrarrojas y visibles.

Datos de Kepler por sí solo pueden confirmar a un candidato cuando forma parte de un sistema de varios planetas. El año pasado, por ejemplo, los investigadores hallaron un sistema planetario con un par de planetas en tránsito por la misma estrella, casi periódicamente. “Empezamos a lujosos individual más atención en el sistema una vez vimos fueron variando los tránsitos,”, dice Matthew Holman, un astrofísico en la CFA y un miembro del equipo de Kepler. Era una señal de que los planetas son reales: planetas pueden variar por varios minutos por órbita si ellos están interactuando gravitacionalmente uno con el otro. En una órbita rápida, esto es el equivalente de la revolución de la tierra alrededor del sol en el cambio de un par de horas cada año. Los nuevos planetas, denominados Kepler-9b y c -9, tenían radios acerca de 0,8 veces el tamaño de la de Júpiter y orbita de 19 días y 39 días, respectivamente, 6. Por modelado las interacciones gravitacionales de los planetas, el equipo calcula que sus masas probables son similares a las de Saturno. Sabiendo que la masa y el radio de cada planeta, ayudó a los astrónomos para estimar que la composición de los planetas es hidrógeno y helio ricos-, haciéndolos mucho a los gigantes gaseosos, Saturno y Júpiter.

Kepler-9 fue el primer sistema en el que se encontraron varios planetas a la misma estrella de tránsito. El documento en la página 53 (ref. 1) anuncia una segunda, Kepler-11, en la que hasta seis planetas tránsito, con períodos orbitales de 10, 13, 22, 31, 46 y 118 días y masas entre 2.3 y más de 300 veces la de la tierra. Aunque los cuatro exteriores son gigantes gaseosos, los dos interiores podrían ser gigantes de hielo como Neptuno. O podría ser orbitaban — planetas varias veces más grandes que la tierra pero que consiste en una mezcla de rock y gas. El equipo se sorprendió al ver hasta seis planetas en tránsito en el mismo sistema, dice Lissauer, y aún más asombrados para encontrar los planetas interiores tan densamente empaquetados, fueron cualquiera, más aún, sus órbitas no sería estables. “Es un sistema increíble”, dice.

Pleno campo de visión Kepler, que abarca 100 grados cuadrados del cielo y las 150.000 estrellas.NASA/AMES/JPL-CALTECH
Efectos sutiles
Kepler-11b–g vienen caliente inmediatamente después del anuncio de Kepler-10b, un planeta densa alrededor de una estrella similar a Sun en una órbita de 0,84-día de enero. En este caso, no hubo observables variaciones de tránsito-relojes, pero debido a la cercanía a la estrella, los investigadores fueron capaces de confirmar el planeta mediante observaciones de velocidad radial en tierra que también mostraban la masa del planeta. En masa de la tierra de 4,6 veces y sólo 1,4 veces su radio, el planeta está lo suficientemente denso para ser inequívocamente rocosas — a pesar de su proximidad a la estrella significa que uno lado será roca fundida constantemente. Después de cuidadosos estudios de la estrella de host y análisis de un año de los datos, el equipo de Kepler pudo destacar no sólo el oscurecimiento debido al tránsito, pero también el ciclo de penetración y oscurecimiento alternativamente como el planeta órbita mostró sus lados día y la noche hacia la tierra. “Es fenomenal” que tal un efecto sutil fue detectable, dice Batalha. También muestra qué ideas inesperados pueden ser recopilados a partir de las observaciones de Kepler. “Este es nuestro primer punto de datos hacia abajo en el régimen de rocky,” dice Batalha, “es un gran hito”.

La misión Kepler ha detectado otros planetas para los que no se puede determinar la masa. Un ejemplo es Kepler-9 d, un súper-Tierra se encuentran en el mismo sistema que Kepler-9b y c -9. Simulaciones por ordenador por Guillermo Torres, un astrónomo en la CFA y sus colegas mostraron que eclipsando estrellas no podía producir como buena un ajuste a la curva de luz observada como el partido producido por un planeta de Súper-Tierra pasando delante de la estrella de Kepler-9. Eso dice el equipo en un artículo en The Astrophysical Journal 7, es la primera validación de un planeta mediante un método general que podría aplicarse a cualquiera de los candidatos de Kepler, incluso los que no muestran variaciones de tránsito-relojes y están demasiado lejos de la estrella a estudiar con el método de velocidad radial. “La probabilidad de un planeta es mayor que la probabilidad de un falso positivo,” dice Torres, “hay un argumento estadístico”. El método se utilizó nuevamente para validar el sexto de los candidatos de Kepler-11, Kepler-11 g, un gigante gaseoso con una órbita de 118 días, lo suficientemente lejos del resto de la cohorte que cualquier variación de tránsito-relojes es demasiado sutil a han sido observados.

El legado de Kepler
Causa del tiempo necesario para la repetición de las observaciones de los planetas en órbitas de la tierra-longitud, pasarán años antes de que los investigadores de Kepler pueden establecer la frecuencia de los planetas en el cosmos. Pero que no ha impedido que otros científicos de hacer las estimaciones preliminares. En 2010, por ejemplo, un grupo dirigido por Andrew Howard, un astrónomo en la Universidad de California, Berkeley, tomó la distribución del tamaño de planetas encontrados por el método de velocidad radial y, extrapolando a masas inferiores, predichas que Kepler encontrará la posibilidad de que aproximadamente el 22% de las estrellas son orbitó por tierra-tamaño planetas 8.

Borucki es escéptico. “Ellos extrapolar, lo que no es un pecado mortal pero está cerca”, dice. Pero Lissauer es más optimista. En última instancia, dice, resultados del método de velocidad radial se pueden combinar con resultados desde el método de tránsito para producir una frecuencia medida de planetas en diferentes tamaños, masas y composiciones — desde tierras rocosas a Júpiteres gaseosos. Y esos datos, a su vez, tendrá un valor incalculable para ayudar a los astrónomos a comprender el origen y evolución de los sistemas planetarios a lo largo de nuestra galaxia. “Hay una carga de toda de buena ciencia en ese país,” dice Lissauer.

La promesa, dice Batalha, es que Kepler ofrecerá una enorme lista de objetos para las generaciones futuras dar seguimiento a. “Kepler dejará este legado. Las personas se dispone a utilizar estos datos durante décadas,”, dice.

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mi solidaridad y mi esfuerzo para todos

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