Para los cazadores de planetas, encontrar un exoplaneta del tamaño de la Tierra debe ser especial. La NASA estima que hay alrededor de 100 mil millones de planetas en la Vía Láctea, pero la gran mayoría de los más de 5000 exoplanetas que hemos encontrado son extremadamente inhóspitos. Así que encontrar uno que sea similar al nuestro es reconfortante.
En este caso, es aún más interesante porque es el segundo planeta del tamaño de la Tierra que orbita alrededor de la misma estrella.
El planeta recién descubierto se llama TOI 700-e. La estrella, TOI 700, es una enana roja a poco más de 100 años luz de distancia en la constelación de Dorado. TESS ha observado la estrella antes y encontró tres planetas orbitando la estrella, lo que convierte a TOI 700-e en el cuarto.
TOI 700-e se encuentra en la zona habitable de la estrella, una región donde podría existir agua líquida en la superficie del planeta dadas las condiciones atmosféricas adecuadas. Tiene aproximadamente el 95% del tamaño de la Tierra y probablemente también sea rocoso. Su hermano, TOI 700-d, también es un planeta rocoso de aproximadamente 1,1 veces el tamaño de la Tierra que orbita en la zona habitable de la estrella. El hecho de que haya dos planetas rocosos del mismo tamaño que la Tierra, ambos en la zona habitable, coloca al sistema TOI 700 en una categoría rara.
«Este es uno de los pocos sistemas con múltiples planetas pequeños en zonas habitables que conocemos», dijo Emily Gilbert, becaria postdoctoral en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, quien dirigió el trabajo. “Eso hace que el sistema TOI 700 sea una perspectiva emocionante para un seguimiento adicional. El planeta e es aproximadamente un 10 % más pequeño que el planeta d, por lo que el sistema también muestra cómo las observaciones adicionales de TESS nos ayudan a encontrar mundos cada vez más pequeños”.
Gilbert y sus colegas presentaron sus resultados en la reunión 241 de la Sociedad Astronómica Americana. The Astrophysical Journal Letters ha aceptado su artículo para su publicación: «Un segundo planeta del tamaño de la Tierra en la zona habitable de la enana M, TOI-700».
TESS encontró los primeros tres planetas hace un par de años, y el descubrimiento causó sensación. TOI 700-d fue el primer exoplaneta del tamaño de la Tierra de TESS en la zona habitable de una estrella, y encontrarlo fue un hito para la misión. Gilbert también fue el autor principal del artículo que anuncia esos hallazgos. TOI 700-e fue más escurridizo que sus hermanos y siguió siendo candidato hasta que TESS observó más de sus tránsitos.
El término zona habitable se usa para denotar planetas a la distancia correcta de su estrella que podría permitir agua líquida en sus superficies. Pero a medida que nos adentramos más en la era del descubrimiento de exoplanetas, los científicos utilizan términos más precisos. El zona habitable optimista (OHZ) es una región donde podría haber existido agua superficial líquida en algún momento de la historia del planeta. El zona habitable conservadora (CHZ) es una región más restringida que la zona habitable optimista. Es una región donde los científicos plantean la hipótesis de que el agua superficial líquida podría haber existido durante la mayor parte de la historia de un planeta. La zona habitable optimista se extiende a ambos lados de la zona habitable conservadora.
La OHZ se basa en estimaciones de cuándo Venus y Marte pudieron haber tenido agua superficial líquida, y los límites de la CHZ están definidos por los límites máximos y desbocados del efecto invernadero.
TOI 700-e se encuentra en la zona habitable optimista, donde es más probable que exista agua superficial y una atmósfera similar a la de la Tierra. No hay indicios de que 700-e tenga una atmósfera similar a la de la Tierra; el término zona habitable optimista simplemente dice que es más probable que la zona habitable conservadora.
Es probable que todos los planetas estén bloqueados por mareas en su estrella, y sus períodos orbitales son cortos en relación con los planetas de nuestro Sistema Solar. Van desde 10 días para el planeta más interno 700-b hasta poco más de 37 días para el recién descubierto 700-e. Los planetas b, d y e probablemente sean rocosos, mientras que el planeta c probablemente sea más similar a Neptuno.
Este descubrimiento muestra cómo la ciencia de los exoplanetas sigue avanzando. Cuando la NASA lanzó su nave espacial de caza de planetas Kepler en 2009, solo conocíamos un puñado de exoplanetas. Cuando Kepler dejó de operar en 2018, había detectado poco más de 2600 exoplanetas. Ahora sabemos de más de 5200 exoplanetas, y cuanto más descubrimos, más estamos construyendo una muestra representativa.
“El campo de los exoplanetas ha avanzado mucho en las últimas décadas”, escriben los autores en su artículo. “En los primeros días de la ciencia de los exoplanetas, la atención se centró en gran medida en las detecciones de planetas individuales, lo que demuestra que estos mundos incluso existen y que los astrónomos son capaces de detectarlos”.
La mayoría de los planetas encontrados hasta ahora no se parecen en nada a la Tierra, y muchos no se parecen en nada a los otros planetas de nuestro Sistema Solar. Y en los primeros días del descubrimiento de exoplanetas, no teníamos las herramientas para detectar de manera confiable pequeños planetas similares a la Tierra. Nuestros métodos de detección tenían un sesgo de muestreo incorporado: encontramos muchos gigantes gaseosos.
Pero estos resultados muestran cómo están cambiando las cosas, y el cambio comenzó con Kepler. «En las décadas de 2000 y 2010, la introducción de nuevas tecnologías e instalaciones acercó el campo al descubrimiento de análogos del Sistema Solar», escriben los autores. «La misión Kepler, en particular, observó con una sensibilidad lo suficientemente alta como para detectar rutinariamente planetas del tamaño de la Tierra en órbitas templadas alrededor de estrellas enanas M, lo que llevó al descubrimiento del primer planeta HZ del tamaño de la Tierra (Kepler 186-f.)».
Ahora sabemos que los sistemas de múltiples planetas como el nuestro son comunes. También sabemos que los planetas del tamaño de la Tierra en zonas habitables son más comunes de lo que alguna vez pensamos, algo sobre lo que solo podíamos preguntarnos con nostalgia hace diez años.
Pero incluso con todos los avances, todavía estamos un poco paralizados. El método de tránsito de descubrimiento limita nuestra búsqueda a los sistemas solares orientados de canto al nuestro. Y la mayoría de las estrellas de Kepler eran demasiado débiles para permitir un mayor estudio con telescopios terrestres. «Sin el conocimiento de sus composiciones y atmósferas a granel, era imposible discernir si los planetas del tamaño de la Tierra en la zona habitable que Kepler encontró en espadas eran realmente similares a la Tierra», escriben Gilbert y sus coautores.
Pero a medida que la ciencia de los exoplanetas madura, esos obstáculos no se vuelven tan grandes.
El telescopio espacial James Webb está ayudando a lanzar la próxima fase de la ciencia de los exoplanetas. Sus potentes instrumentos están diseñados para estudiar las atmósferas de los exoplanetas y utilizar la espectroscopia para determinar sus composiciones. Ya lo hizo con un planeta, WASP 39b, y descubrió que la atmósfera caliente de Júpiter contiene sodio, potasio, dióxido de carbono, monóxido de carbono y vapor de agua. Quizás lo más significativo es que también contiene dióxido de azufre, lo que indica que se están produciendo reacciones fotoquímicas en la atmósfera.
Es la primera vez que los científicos encuentran la molécula en algún lugar fuera de nuestro Sistema Solar. La detección es significativa porque muestra que el JWST puede detectar fotoquímica y debería poder detectar otra fotoquímica, como el ozono, en las atmósferas de planetas similares a la Tierra.
Uno de los objetivos del JWST es estudiar las atmósferas de los exoplanetas y nos enseñará mucho más sobre ellos. Pero el JWST está ocupado y tiene una larga lista de objetivos. ¿Quién sabe si los planetas del sistema TOI estarán en su lista?
en su artículo, los autores explican las posibles propiedades de TOI 700-e.
“Con un radio de 0,953 radios terrestres, encontramos que TOI-700-e es probablemente un planeta rocoso con una probabilidad del 87 %”, escriben. También dan una estimación de masa de 0,845 masas terrestres, aunque reconocen la dificultad para determinar eso. Los investigadores también escriben que “… calculamos que la escala de tiempo para el bloqueo de marea de TOI-700-e sería de unos pocos millones de años. Dada la edad del sistema, es probable que el planeta se encuentre en una rotación sincrónica o pseudosincrónica bloqueada”.
Determinar la habitabilidad es imposible en nuestra etapa de ciencia de exoplanetas. Podemos descartar la habitabilidad de la gran mayoría de los planetas que encontramos. La mayoría de ellos no están en zonas habitables, muchos son Júpiter calientes y algunos son planetas extraños con atmósferas exóticas que pueden contener cosas como vapor de hierro. Pero esa misma certeza no se extiende a los planetas HZ. Los planetas HZ son donde está la acción, y los científicos simplemente no pueden ver esos planetas lo suficientemente bien como para sacar conclusiones firmes. Todo lo que los científicos pueden decir es que un planeta podría ser potencialmente habitable y luego explicar sus hallazgos detallados.
Eso es lo que han hecho Gilbert y sus colegas con TOI-700-e. “Como se muestra en la Figura 4, el planeta d reside dentro de la CHZ, y la órbita del planeta e está dentro de la OHZ”, escriben.
Pero algo diferencia a los planetas TOI 700 de muchos planetas en otros HZ. La mayoría de los planetas HZ que encontramos son enanas M en órbita, también llamadas enanas rojas. Se sabe que este tipo de estrellas son muy activas y pueden emitir poderosas erupciones que podrían hacer que la vida en sus planetas HZ sea poco probable. Pero TOI 700 es diferente; parece estar mucho más quieto.
“Lo más importante es que TOI-700 es relativamente silencioso y lo suficientemente brillante como para que ahora podamos dar los siguientes pasos para caracterizar aún más este sistema y aprender más sobre sus planetas HZ. Esta falta de actividad también es muy beneficiosa en términos de habitabilidad planetaria”, escriben los autores. «No vemos signos de destellos en la fotometría óptica TESS, y TOI-700 es silencioso cuando se observa por HST en los rayos ultravioleta, lo cual es valioso en términos de la capacidad de los planetas para retener sus atmósferas a lo largo del tiempo».
Estas son pistas intrigantes, y dado que TOI es relativamente silencioso, puede hacer una buena comparación con otro sistema de enanas rojas conocido con múltiples planetas en su HZ. El sistema TRAPPIST-1 tiene cuatro planetas en su zona potencialmente habitable, pero la estrella TRAPPIST-1 es bulliciosa en comparación con TOI-700.
“Una comparación entre estos planetas puede aclarar cómo el entorno estelar afecta la capacidad de los planetas para mantener sus atmósferas y cómo son sus composiciones”, escribe el equipo. “Cuantos más sistemas podamos estudiar con múltiples planetas HZ, mejor será nuestra comprensión de estos mundos”.
Y cuanto más la ciencia de los exoplanetas siga madurando.
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