Super-Tierras alrededor de enana roja cercana

Un equipo internacional de investigadores ha descubierto dos, y posiblemente tres, exoplanetas del tamaño de una ‘ súper-Tierra ‘ alrededor de uno de nuestros vecinos más cercanos: una estrella enana roja brillante e inusualmente silenciosa. 

Las observaciones del equipo se obtuvieron como parte del proyecto Red Dots # 2 , cuyo objetivo es descubrir los exoplanetas de tamaño terrestre más cercanos al Sol, que esperan proporcionen los mejores objetivos para investigar las atmósferas de pequeños exoplanetas rocosos y buscar signos de vida fuera del Sistema Solar.

Figura 1: Impresión artística del sistema Gliese 887 con las dos súper-Tierras recién descubiertas que orbitan una estrella enana roja brillante a solo 11 años luz del Sol. 
Crédito de la imagen: Mark Garlick.

Gliese 887 es una  estrella enana roja (o enana M) cercana, de mitad del tamaño de nuestro propio Sol. Las enanas rojas son la estrella de la secuencia principal más pequeñas, frías y, con mucho, las más comunes en la Galaxia y se encuentran en abundancia cerca de la Tierra. A una distancia de solo unos 11 años luz, Gliese 887 es una de las 12 estrellas más cercanas al Sol y también la enana roja más brillante visible desde la Tierra. 

Ya se han detectado múltiples planetas de tamaño terrestre alrededor de varias enanas rojas cercanas: en 2016, el equipo de Red Dots descubrió un exoplaneta de masa terrestre alrededor de la estrella más cercana al Sol: Proxima Centauri . Poco después, anunciaron el descubrimiento de una súper Tierra en órbita alrededor de la estrella de Barnard , la segunda más cercana. En 2019, el equipo también descubrió un sistema de tres planetas que orbitan alrededor de la estrella GJ 1061 .

 Varios otros equipos también han tenido éxito, incluido el ahora famoso sistema TRAPPIST-1 que alberga siete (!) Mundos increíbles del tamaño de la Tierra. 

Desafortunadamente, las enanas rojas tienden a ser estrellas muy activas y una serie de  estudios. han señalado las complicaciones que podrían plantear a la habitabilidad, como las órbitas bloqueadas por la marea, la falta de suficientes fotones UV para mantener la fotosíntesis y las erupciones frecuentes junto con fuertes vientos estelares capaces de eliminar las atmósferas planetarias y esterilizar completamente los planetas cercanos. 

A pesar de estas limitaciones, las estrellas enanas rojas también ofrecen una serie de ventajas cuando se buscan planetas con masa terrestre:

su masa más baja significa que un exoplaneta del tamaño de la Tierra puede impartir una señal de velocidad radial medible , y debido a que tienen una luminosidad más baja, la zona habitable (la región alrededor de una estrella donde el agua puede existir en forma líquida) se encuentra más cerca de la estrella anfitriona, colocándola en una región más accesible tanto para estudios de velocidad radial como de tránsito. 

El equipo, dirigido por la  Dra. Sandra Jeffers de la Universidad de Gotinga en Alemania, observó a Gliese 887 todas las noches durante un período de 80 noches usando el  Espectrógrafo de Alta Precisión de velocidad Radial Buscador de Planetas   (HARPS, High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) en el Observatorio Europeo Austral en Chile y complementó sus observaciones con medidas de archivo que se remontan a casi dos décadas. 

Estaban buscando el bamboleo revelador de la estrella debido al tirón gravitacional de un compañero invisible mientras ambos cuerpos orbitan el  centro de masa común  del sistema. 

Tal oscilación se puede detectar en principio midiendo el  desplazamiento Doppler de las características espectrales estelares. La luz de una fuente que se acerca o retrocede de un observador se desplaza hacia longitudes de onda más cortas o más largas, respectivamente, lo que nos permite inferir la presencia de un planeta.

Figura 2: Mediciones de velocidad radial de la estrella Gliese 887.
El panel superior muestra los datos obtenidos con todos los instrumentos durante 18 años de observaciones, y el modelo de tres planetas que mejor se ajusta en azul. 
El panel central muestra las medidas Red Dots # 2 junto con los modelos de dos y tres planetas que mejor se ajustan. 
El panel inferior muestra los mismos datos que la parte superior, doblados en los períodos de cada señal candidata, después de restar las otras señales. 
El modelo más adecuado para cada uno se muestra como una línea azul continua. 
Crédito: Figura 2 en el documento.

Los investigadores detectaron las señales periódicas inconfundibles de dos exoplanetas, Gliese 887b y Gliese 887c, ubicados cerca de la estrella anfitriona con períodos orbitales de 9.3 y 21.8 días, y masas de 4.2 ± 0.6 y 7.6 ± 1.2 veces la de la Tierra, respectivamente. 

Estas cifras ubican a ambos planetas dentro de la categoría de «súper-Tierra», definida como planetas que tienen una masa superior a la de la Tierra pero sustancialmente más baja que la de nuestros gigantes de hielo, Urano y Neptuno. 

Estos dos planetas recién descubiertos pueden tener una composición rocosa y están ubicados cerca del borde interior de la zona habitable de las estrellas. El equipo también detectó indicios de un tercer planeta ubicado más lejos y potencialmente dentro de la zona habitable, aunque reconocen que esto también podría ser una señal falsa relacionada con pequeñas variaciones estelares con un período similar.

Figura 3: Una ilustración esquemática que indica las órbitas de Gliese 887b y Gliese 887c y la órbita potencial de un posible tercer planeta dentro de la zona habitable. 
Crédito de imagen:
 Science  Insights; Jeffers y col.

El equipo también usó el Satélite de Estudio de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA para monitorear los niveles de actividad de las estrellas y descubrió que Gliese 887 parece casi única entre las otras estrellas cercanas de su tipo, en que parece tener una actividad inusualmente baja, con una variabilidad fotométrica por debajo de 500 partes por millón y pocas manchas estelares. 

Esto significa que cualquier planeta cercano podría haberse salvado de los peores efectos de las llamaradas y los fuertes vientos estelares y podría retener atmósferas espesas. La inactividad general y la baja variabilidad fotométrica de Gliese 887 también podrían ofrecer una mejor  relación señal a ruido  para futuras observaciones con la próxima instrumentación, como el telescopio espacial James Webb y otros telescopios terrestres grandes

Los hallazgos del equipo refuerzan la creciente comprensión de que los planetas, incluidos los mundos pequeños y rocosos, son comunes en toda la Galaxia, y proporcionarán excelentes objetivos para futuras observaciones que podrían estar entre las mejores oportunidades para buscar signos de vida en otras partes del Universo.

Fuente: Astrobites.

Artículo original:

Many Worlds: Multiple Super-Earths Discovered Around a Nearby and Unusually Quiet Red Dwarf  Jamie Wilson.  Daily Paper Summaries. Jun 29, 2020.

Este artículo es el comentario de modo sencillo realizado por el candidato a Doctorado Jamie Wilson, del paper:

TitleA multiplanet system of super-Earths orbiting the brightest red dwarf star GJ 887

Authors: S. V. Jeffers, S. Dreizler, J. R. Barnes, et. al.

First Author’s Institution: Institut für Astrophysik, Georg-August-Universität, Göttingen, Germany

Status: Published in Science [closed access]

Material relacionado:

Una estimación de la cantidad de exoplanetas similares a la Tierra en nuestra galaxia:

Representación artística de cómo podría ser el exoplaneta Kepler 22b. 
Fue descubierto por el telescopio satelital Kepler. Kepler 22b probablemente recibe una cantidad similar de luz y calor de su estrella como lo hace nuestra Tierra de nuestro sol. 
Crédito: NASA / Ames / JPL-Caltech. 

Un mundo similar a la Tierra es uno que es rocoso, aproximadamente del mismo tamaño que la Tierra, y que orbita alrededor de una estrella similar al Sol o de tipo G. También tiene que orbitar esa estrella en la zona habitable, que es un rango de distancia que permite el agua líquida en el planeta. Vale la pena señalar que el tipo más común de exoplaneta que hemos detectado es un planeta del tamaño de Neptuno lejos de la zona habitable.

Un presentación de ello se hace en el siguiente artículo, conteniendo además en su apartado «Material relacionado» una rica selección de recursos sobre el tema:

Sobre los sistemas de exoplanetas entorno a estrellas enanas rojas:

Impresión artística de la estrella enana roja TVLM 513-46546. 
Las observaciones de ALMA sugieren que tiene un campo magnético increíblemente poderoso (mostrado por las líneas azules), potencialmente asociado con una ráfaga de erupciones parecidas a una llamarada solar. 
Crédito: NRAO / AUI / NSF; Dana Berry / SkyWorks.

Nuestro Sol es una estrella relativamente tranquila que solo ocasionalmente libera erupciones solares o explosiones de partículas energéticas que amenazan los satélites y las redes eléctricas. 

Se podría pensar que las estrellas más pequeñas y frías serían aún más tranquilas. 

Sin embargo, los astrónomos ahora han identificado una pequeña estrella con un temperamento monstruoso. Muestra evidencia de erupciones mucho más fuertes que cualquier cosa que produzca nuestro Sol.

Si estrellas similares demuestran ser tan tormentosas, es probable que los planetas potencialmente habitables que orbitan en ellas sean mucho menos hospitalarios de lo que se pensaba anteriormente.

El tema está tratado en el siguiente artículo :

Impresión artística de la estrella enana roja TVLM 513-46546. 
Las observaciones de ALMA sugieren que tiene un campo magnético increíblemente poderoso, potencialmente asociado con una ráfaga de erupciones parecidas a una llamarada solar. 
Crédito:
NRAO / AUI / NSF; Dana Berry / SkyWorks.

Un nuevo estudio de datos archivados de la nave espacial Galaxy Evolution Explorer (GALEX) revela lo difícil que puede ser la vida en exoplanetas como los del sistema TRAPPIST-1:

Las enanas rojas, también conocidas como estrellas M, son tenues en comparación con las estrellas como nuestro Sol y solo del 10 al 20 por ciento son masivas. Constituyen aproximadamente las tres cuartas partes de las estrellas en la galaxia, y recientemente los científicos descubrieron que las enanas rojas son mucho más comunes de lo que se pensaba , representando al menos el 80 por ciento del número total de estrellas.

Los investigadores dicen que este tipo de estrellas podrían tener zonas habitables más grandes amigables con la » vida tal como la conocemos» de lo que alguna vez se pensó:

La ilustración de un artista muestra un exoplaneta orbitando una estrella enana roja. Las enanas rojas, o enanas M , tienden a ser magnéticamente activas, mostrando prominencias de arco gigantescas, una gran cantidad de manchas solares oscuras y (especialmente al principio de la vida de la estrella) llamaradas violentas que podrían despojar la atmósfera de un planeta cercano con el tiempo, o hacer que la superficie sea inhóspita. a la vida tal como la conocemos.
Crédito: NASA / ESA / G. Bacon (STScI)
.

Buscar exoplanetas habitables entorno a estrellas enanas rojas, es un objetivo potencialmente rico, pero con algunos inconvenientes que se han comprendido mejor en los últimos años. 

No sólo la mayoría de los planetas que orbitan alrededor de estas estrellas enanas rojas están acoplados por el efecto de las mareas gravitatorias, con un lado siempre de cara a la estrella y el otro en la oscuridad, sino que también  la historia de la vida de los enanas rojas es problemática.  Comienzan con poderosas fulguraciones que muchos científicos dicen que esterilizarían para siempre a los planetas cercanos.

Además, se teoriza que son propensos a perder cualquier remanente de agua que posean, incluso si las fulguraciones  estelares no logran  hacerlo.

Un análisis lo presenta el siguiente artículo, que además contiene en su apartado «Material relacionado» una selección de recursos que ilustran el tema:

Sobre las Super Tierras y los mundos oceánicos.

El concepto de este artista muestra un planeta hipotético cubierto de agua alrededor del sistema estelar binario de Kepler-35A y B. La composición de tales mundos acuáticos ha fascinado a los astrónomos y astrofísicos durante años. 
Crédito Imagen: NASA / JPL-Caltech.

Durante una reciente conferencia científica, un equipo de científicos presentó una nueva investigación que indica que es probable que el agua sea un componente importante de esos exoplanetas que tienen entre dos y cuatro veces el tamaño de la Tierra.

 Estos hallazgos tendrán serias implicaciones cuando se trata de buscar vida más allá de nuestro Sistema Solar y también indican que los mundos de agua pueden ser más comunes de lo que se pensaba anteriormente.

El siguiente artículo lo presenta:

There are so Many Water-Worlds Out There. Matt Williams. Universe Today, Aug. 24, 2018.

Estudiando la posibilidad de vida en las Super Tierras.

El lector encontrará toda la información sobre las condiciones de habitabilidad de las Super Tierras, los procesos geodinámicos necesarios, la Tectónica de placas,los núcleos planetarios en relación a la producción de campos electromagnéticos, y la Física de Altas presiones, en el apartado “Material relacionado” del artículo:

Experimentos de alta presión exploran lo que deberían tener los exoplanetas para hacerlos habitables:

Curiosidades:

Ciencia Ciudadana y exoplanetas:

Representación artística del sistema K2-288 compuesto por dos estrellas tipo M frías de pequeño tamaño separadas por 8200 millones de kilómetros. El exoplaneta descubierto K2-288Bb de 1.9 veces el tamaño de la Tierra se ve en primer plano. El sistema se encuentra a 226 años luz de la Tierra.
Crédito: Exoplanets Explorers.

Utilizando datos del telescopio espacial Kepler de la NASA , los científicos ciudadanos han descubierto un planeta aproximadamente del doble del tamaño de la Tierra ubicado dentro de la zona habitable de su estrella, el rango de distancias orbitales donde puede existir agua líquida en la superficie del planeta. El nuevo mundo, conocido como K2-288Bb, podría ser rocoso o podría ser un planeta rico en gas similar a Neptuno. Su tamaño es raro entre los exoplanetas, planetas más allá de nuestro Sistema Solar.

El siguiente artículo lo presenta, conteniendo además una selección de recursos sobre proyectos de Ciencia Ciudadana:

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