Telescopios espaciales de exoplanetas de la NASA

Se han descubierto y confirmado miles de exoplanetas orbitando otras estrellas. La primera evidencia de exoplanetas data de 1917 cuando Van Maanen identificó la primera enana blanca. Sin embargo, la primera detección confirmada de un exoplaneta no llegaría hasta la década de 1990. El descubrimiento de exoplanetas creció exponencialmente en los años siguientes con el lanzamiento del Telescopio Espacial Kepler.

En 2007, los astrónomos que utilizaron el telescopio espacial Spitzer de la NASA encontraron evidencia que mostraba que los planetas gigantes gaseosos se forman rápidamente, dentro de los primeros 10 millones de años de vida de una estrella similar al Sol.

Los científicos que usaron Spitzer y telescopios terrestres buscaron rastros de gas alrededor de 15 estrellas diferentes similares al Sol, la mayoría con edades que van desde los 3 millones a los 30 millones de años. Con la ayuda del espectrómetro infrarrojo de Spitzer, pudieron buscar gas relativamente caliente en las regiones internas de estos sistemas estelares, un área comparable a la zona entre la Tierra y Júpiter en nuestro propio sistema solar. También utilizaron radiotelescopios terrestres para buscar gas más frío en las regiones exteriores de estos sistemas, un área comparable a la zona alrededor de Saturno y más allá.

Todas las estrellas del estudio, incluidas las que tienen unos pocos millones de años, tienen menos del 10 por ciento de la masa de Júpiter en gas arremolinándose a su alrededor. Esto indica que los planetas gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno ya se han formado en estos jóvenes sistemas planetarios, o nunca lo harán.

Puede ser difícil saber mucho sobre las composiciones de los planetas distantes. Telescopios espaciales como el Hubble de la NASA (y anteriormente Spitzer) recopilan información sobre las atmósferas de los planetas analizando la luz de las estrellas. A medida que la luz de las estrellas atraviesa la atmósfera de un planeta, los átomos y las moléculas absorben luz en ciertas longitudes de onda, bloqueándola de la vista del telescopio. Cuanta más luz bloquea un planeta, más grande parece el planeta. Al analizar la cantidad de luz bloqueada por el planeta en diferentes longitudes de onda, llamada espectroscopia, los investigadores pueden determinar qué moléculas componen la atmósfera. El satélite de estudio de exoplanetas en tránsito (TESS) de la NASA está diseñado para descubrir planetas más pequeños que Neptuno que transitan estrellas lo suficientemente brillantes como para permitir observaciones espectroscópicas de seguimiento que pueden proporcionar composiciones atmosféricas.

La misión Kepler fue diseñada específicamente para estudiar nuestra región de la Vía Láctea para descubrir cientos de planetas del tamaño de la Tierra y más pequeños en o cerca de la zona habitable (también llamada la “zona Godilocks”, el área alrededor de una estrella donde los planetas rocosos podrían tener agua líquida en la superficie) y determine la fracción de estrellas que podrían tener tales planetas a su alrededor. Después de que la segunda de las cuatro ruedas giroscópicas de Kepler fallara en 2013, Kepler completó su misión principal en noviembre y comenzó su misión extendida, K2. La nave espacial se retiró en 2018, pero los datos de Kepler todavía se están utilizando para encontrar exoplanetas (más de 4.300 confirmados hasta ahora).

El telescopio espacial Spitzer de la NASA (2013-2020) no fue diseñado para buscar exoplanetas, pero sus instrumentos infrarrojos lo convirtieron en un excelente explorador de exoplanetas. Se utilizó en el notable descubrimiento del sistema TRAPPIST-1.

En 2018 se lanzó el Satélite de Reconocimiento de exoplanetas en tránsito (TESS) como sucesor de Kepler para descubrir exoplanetas en órbita alrededor de las estrellas enanas más brillantes, el tipo de estrella más común en nuestra galaxia.

Las misiones espaciales futuras como el telescopio espacial James Webb de la NASA y el telescopio espacial Nancy Grace Roman son muy prometedoras para lo que podemos aprender de los exoplanetas. A través de la espectroscopia, leyendo firmas de luz para obtener información, los astrónomos esperan aprender más sobre las atmósferas de los planetas y las condiciones de los mismos planetas.

¿Cuántos telescopios espaciales tiene la NASA?

La NASA tiene siete telescopios espaciales que estudian el universo en este momento:

• Hubble
• Explorador de ráfagas de rayos gamma veloz
• El satélite de estudio de exoplanetas en tránsito (TESS)
• Observatorio de rayos X Chandra
• Telescopio espacial de rayos gamma Fermi
• NuSTAR (matriz de telescopio espectroscópico nuclear)
• El Explorador de composición interior de la estrella de neutrones en la Estación Espacial Internacional

Y, próximamente, el telescopio espacial James Webb. El Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), un telescopio espacial infrarrojo, se reactivó en 2013, se renombró como NEOWISE y se le asignó una nueva misión para estudiar objetos cercanos a la Tierra como asteroides. TESS y Hubble son los principales exploradores de exoplanetas, pero los otros observatorios han contribuido a la ciencia de los exoplanetas.

Los cazadores de planetas

Observando desde la Tierra y desde la órbita

Los primeros planetas detectados alrededor de otras estrellas eran mundos extremos y salvajes. Algunos orbitaban un cadáver estelar giratorio, el núcleo de una estrella que explotó, llamado púlsar, y fueron rastrillados regularmente por pulsos de radiación. Otro, un gigante gaseoso abrasador con aproximadamente la mitad del peso de nuestro propio planeta Júpiter, abrazó su estrella con tanta fuerza que un año, una vez alrededor de la estrella, tomó solo cuatro días.

Sin embargo, su naturaleza extrema también los hizo más fáciles de encontrar con la tecnología temprana de caza de planetas de los años ochenta y noventa. Los observatorios terrestres tomaron las riendas, proporcionando el primer estallido histórico de descubrimiento de exoplanetas. La tecnología mejoró y el recuento de planetas ascendió a cientos. Aún así, la atmósfera espesa de la Tierra y su interferencia ondulante impidieron que incluso los mejores telescopios terrestres vean con mayor claridad.

Al levantar nuestros telescopios por encima del velo de la atmósfera de la Tierra, se reveló un universo deslumbrante en todo el espectro de luz. También amplió nuestro alcance en la búsqueda de planetas alrededor de otras estrellas. Ahora contamos estos mundos distantes confirmados, exoplanetas, por miles, muchos de ellos del tamaño de la Tierra y orbitando en las “zonas habitables” de sus estrellas. La próxima generación de telescopios espaciales abrirá nuevas ventanas en la búsqueda de vida mientras observamos las atmósferas de estos planetas y saboreamos sus cielos.

Cronología histórica

Legado de luz: Hubble

El telescopio espacial Hubble de la NASA, que conmemora su 30 aniversario en órbita en 2020, fue pionero en la búsqueda de planetas alrededor de otras estrellas; Hubble incluso se ha utilizado para hacer algunos de los primeros perfiles de atmósferas de exoplanetas.

Kepler y K2

Otro explorador espacial, el Telescopio Espacial Kepler de la NASA, hizo historia con el descubrimiento de miles de exoplanetas, buscando pequeñas caídas en la luz de las estrellas cuando los planetas cruzaban las caras de sus estrellas. En su primera misión, de 2009 a 2013, Kepler monitoreó más de 150.000 estrellas, buscando pequeñas caídas en la luz de las estrellas cuando los planetas se cruzaban frente a sus estrellas. La primera misión terminó en 2013 cuando problemas técnicos hicieron que la nave espacial perdiera gran parte de su capacidad de apuntar. En 2014, comenzó su segunda misión, denominada K2, y continuó descubriendo exoplanetas a pesar de su capacidad direccional disminuida. Desarmado en 2018, a Kepler se le atribuye el descubrimiento de la mayor cantidad de exoplanetas de cualquier misión hasta el momento: más de 2.600. Los investigadores todavía están encontrando planetas en los datos de Kepler y continuarán haciéndolo durante años.

Spitzer

Spitzer sondeó los cielos en la porción infrarroja del espectro, capturando imágenes de estrellas recién nacidas ubicadas dentro de espesas nubes de polvo junto con millones de otras imágenes. El telescopio espacial se retiró en 2020, aunque, al igual que Kepler, los científicos extraerán los datos que recopiló en los próximos años, lo que probablemente produzca un flujo continuo de descubrimientos.

Uno de los cuatro Grandes Observatorios de la NASA, una distinción que comparte con Hubble, Chandra y el Observatorio de Rayos Gamma de Compton, Spitzer demostró ser un poderoso contribuyente a la búsqueda de exoplanetas y al análisis de sus atmósferas. Entre sus trabajos más celebrados está la detección de siete planetas aproximadamente del tamaño de la Tierra que orbitan una estrella llamada TRAPPIST-1; Spitzer pudo determinar tanto las masas como las densidades de estos mundos. Terminó su carrera de observación de 16 años en enero de 2020.

Tomando el relevo: TESS

El Satélite de Estudio de Exoplanetas en Tránsito (TESS) retomó el punto donde lo dejaron Kepler y K2, realizando de nuevo un gran estudio del cielo. Pero mientras Kepler en cierto sentido perfora muestras de núcleos en los cielos, tomando miradas profundas y penetrantes en pequeños parches, las imágenes de estrellas de TESS están pintadas a grandes rasgos. TESS está realizando un estudio de casi todo el cielo en segmentos secuenciales, primero la cúpula de estrellas que se vería desde el hemisferio sur y luego el norte. Su misión es encontrar planetas alrededor de estrellas más brillantes y cercanas, nuevamente mediante la búsqueda de sombras: la sustracción increíblemente pequeña de luz de una estrella cuando un planeta cruza frente a ella.

Durante su misión principal de 4 años, Kepler fue un estudio de tránsito estadístico diseñado para determinar la frecuencia de planetas del tamaño de la Tierra alrededor de otras estrellas. Kepler reveló miles de exoplanetas orbitando estrellas en su campo de visión de 115 grados cuadrados, que cubría aproximadamente el 0,25 por ciento del cielo. Si bien Kepler fue revolucionario en su descubrimiento de que los planetas del tamaño de la Tierra a Neptuno son comunes, la mayor parte de las estrellas en el campo de Kepler se encuentran a distancias de cientos a miles de años luz, lo que dificulta obtener un seguimiento terrestre. observaciones para muchos sistemas.

TESS está diseñado para estudiar más del 85% del cielo (un área del cielo 400 veces más grande que la cubierta por Kepler) para buscar planetas alrededor de estrellas cercanas (dentro de unos 200 años luz). Las estrellas TESS son típicamente de 30 a 100 veces más brillantes que las encuestadas por Kepler. Por lo tanto, los planetas detectados alrededor de estas estrellas son mucho más fáciles de caracterizar con observaciones de seguimiento, lo que resulta en mediciones refinadas de masas, tamaños, densidades y propiedades atmosféricas de los planetas.

Asociaciones: desde el suelo

La NASA trabaja con asociaciones en todo el país y en todo el mundo para investigar exoplanetas, ya sea estudiándolos desde el espacio o desde el suelo.

La colaboración con los equipos de telescopios terrestres es fundamental. Cuando el telescopio espacial TESS captura evidencia de un nuevo exoplaneta, las observaciones desde el suelo no solo pueden confirmar su existencia, sino que nos dicen más sobre el planeta en sí. Las mediciones de la “masa” del planeta, o peso, se pueden combinar con la medición de TESS de su diámetro, obteniendo su densidad. Eso, a su vez, puede decirnos si se trata de un planeta gaseoso, como Neptuno, o de un mundo rocoso más denso como el nuestro.

Los telescopios terrestres que han ayudado a confirmar y caracterizar exoplanetas, o lo harán pronto, incluyen el Magellan II en el Observatorio Las Campanas en Chile, el instrumento NEID en el telescopio WIYN en Kitt Peak, Arizona, el Observatorio Keck en Mauna Kea, Hawaii, y el Telescopio Hale en el Observatorio Palomar en el sur de California, por nombrar solo algunos entre docenas. Trabajarán con telescopios espaciales, TESS y, pronto, el telescopio espacial James Webb, para proporcionar detalles de las atmósferas de exoplanetas, la composición y otras estadísticas vitales.

Misiones por venir

Los poderosos instrumentos de la próxima generación nos acercarán a lo que sería un descubrimiento profundo y tan esperado: un mundo pequeño, rocoso y habitable en algún lugar de la galaxia con una atmósfera que nos recuerda a la nuestra.

Telescopio espacial James Webb

Esta nave espacial gigante podría cubrir una cancha de tenis típica con su parasol completamente desplegado. Está previsto que se lance desde la Guayana Francesa en 2021. Encima del parasol estará el espejo primario más grande jamás enviado al espacio: unos 6,5 metros (21 pies, 4 pulgadas) de ancho. Al ver el universo en luz infrarroja, se espera que el telescopio Webb se convierta en el primer observatorio de la década, estudiando miles de millones de años de la historia del universo y llegando casi hasta el Big Bang. Revelará detalles de la formación de sistemas planetarios como el nuestro, e incluso muestreará (a través del espectro del arco iris de la luz capturada) la composición de las atmósferas de exoplanetas.

Una plataforma espacial: el telescopio romano

Una potencia de telescopio ahora en desarrollo podría abrir nuevas ventanas de conocimiento cuando se lance, tan pronto como a mediados de la década de 2020. Y el telescopio espacial Nancy Grace Roman, anteriormente conocido como WFIRST, tendrá una ventana amplia de hecho, aproximadamente 100 veces el campo de visión del telescopio espacial Hubble.

El telescopio romano, llamado así por un pionero de la NASA, explorará las profundidades de la materia oscura y la energía oscura, fenómenos misteriosos, en su mayoría desconocidos, que componen la mayor parte del universo, además de realizar imágenes directas y otras observaciones de exoplanetas como parte de una tecnología. demostración. En el corazón de su misión: el interior denso de estrellas de la Vía Láctea, donde el telescopio podría encontrar miles de exoplanetas a través de microlentes gravitacionales.