Atmósferas de exoplanetas: mantenerse al día con ARIEL

¿Cómo se relaciona la composición de un planeta con su estrella anfitriona? La misión ARIEL de la Agencia Espacial Europea (Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey) está diseñada para investigar la cuestión, examinando atmósferas planetarias. El objetivo es determinar la composición, la temperatura y los procesos químicos en funcionamiento en una gran muestra de sistemas planetarios.

La espectroscopia de transmisión es el método, que examina los espectros a medida que los exoplanetas conocidos pasan delante y luego detrás de sus estrellas anfitrionas. Los investigadores utilizarán el filtrado de luz a través de las atmósferas para desbloquear los procesos químicos dentro de cada una. ARIEL estudiará alrededor de 1.000 sistemas planetarios en longitudes de onda visibles e infrarrojas. Investigará no solo la química sino también las condiciones térmicas que afectan su composición. El enfoque de la misión va de las super-Tierras a los gigantes gaseosos, todos con temperaturas superiores a 320 grados Celsius.

Giovanna Tinetti (University College
London), Investigadora Principal de ARIEL
.

Sospecho que a la Investigadora Principal Giovanna Tinetti (University College London) se le ha preguntado sobre la elección de objetivos hasta el punto de agotamiento. Pero una razón para centrarnos en planetas de este tamaño y rango de temperatura es nuestra necesidad de crear un catálogo de atmósferas. Este informará a todo el campo. Entonces cuando profundicemos en mundos pequeños y rocosos utilizando instrumentos del futuro, tendremos un contexto en el que colocar lo que vemos. Una atmósfera de alta temperatura es útil aquí porque permanece en circulación continua, sin las nubes oscurecedoras que dificultan la caracterización.

ARIEL se colocará alrededor de L2, el segundo punto de Lagrange entre el Sol y la Tierra, a 1,5 millones de kilómetros. Estará directamente «detrás» de la Tierra, visto desde el Sol. 

Qué investigará Ariel

Un informe de la ESA recién publicado explica los problemas que investigará la misión, destacando la amplia gama de planetas y estrellas:

Este amplio e imparcial sondeo contribuirá a responder al primero de los cuatro temas ambiciosos enumerados en la Visión Cósmica de la ESA. Es, “¿Cuáles son las condiciones para la formación de planetas y el surgimiento de la vida?” Ahora se han descubierto miles de exoplanetas con una amplia gama de masas, tamaños y órbitas. Desde planetas rocosos similares a la Tierra hasta grandes gigantes gaseosos que rozan la superficie de su estrella anfitriona. No existe un patrón discernible conocido que vincule la presencia, el tamaño o los parámetros orbitales de un planeta con la naturaleza de su estrella madre. Tenemos poca idea de si la química de la superficie y la atmósfera de un planeta están relacionadas con su entorno de formación. O, si el tipo de estrella anfitriona impulsa la física y la química del nacimiento y la evolución del planeta.

Recuerde también la naturaleza estadística de la consulta. La población de la muestra es grande, por lo que pasamos de la pequeña cantidad de atmósferas actualmente caracterizadas a cientos. Comprender las primeras etapas de la formación planetaria y de las atmósferas es importante. Enfocarse en los primeros millones de años en un sistema infantil a medida que emerge de la fase nebular brindaría nuevos conocimientos. Debería ayudarnos a relacionar la química de los exoplanetas con sus otros parámetros y con el entorno químico de la estrella.

 Un espectro de ejemplo que Ariel podría medir a partir de la luz que atraviesa la atmósfera de un exoplaneta. 
Crédito: ESA / STFC RAL Space / UCL / Agencia Espacial del Reino Unido / ATG Medialab.

Qué detectará Ariel y qué nos permitirá comprender

Se detectarán componentes clave – vapor de agua, dióxido de carbono, metano – de las atmósferas planetarias. Pero también compuestos metálicos más inusuales que definen el entorno químico dentro de cada sistema estudiado. Para un subconjunto de planetas objetivo, la nave espacial realizará un estudio de los sistemas de nubes y los cambios atmosféricos a nivel estacional y diario. 

«Nuestro censo químico de cientos de sistemas solares ayudará a comprender cada planeta en el contexto del entorno químico y la composición de la estrella anfitriona. Esto a su vez nos ayudará a comprender mejor nuestro propio vecindario cósmico», dijo la científica del proyecto ARIEL Theresa Lueftinger.

Ariel en fase de implementación

La ESA acaba de anunciar que ARIEL ha pasado de la fase de estudio a la fase de implementación. Este es el paso antes de que comiencen las negociaciones con los contratistas industriales para construir la nave espacial. El lanzamiento está previsto desde Kourou (Guayana Francesa) en 2029. Las ofertas para el hardware de la nave espacial se solicitarán en unos meses, con el contratista principal elegido para el verano de 2021. 50 institutos de 17 países europeos están involucrados, al igual que la NASA, en el módulo de carga útil. Este último tendrá en su corazón un telescopio criogénico de clase de un metro junto con instrumentos científicos asociados.

Tres misiones de exoplanetas de la ESA

Por lo tanto, tres misiones de la ESA con una carta de exoplanetas se enmarcan dentro de una ventana de diez años. Estas son, por un lado ARIEL junto con CHEOPS (CHaracterising ExOPlanet Satellite), lanzado en Diciembre de 2019. Por otro, PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars), que se lanzará en 2026. Este último enfatiza los planetas rocosos en la zona habitable de estrellas similares al Sol.

Para mantenerse al día con ARIEL, es posible que desee seguir a @ArielTelescope en Twitter. Encontrará información básica en el Informe de estudio de definición de ARIEL publicado recientemente, disponible aquí .

Puedes seguir la evolución de Ariel en Twitter.

Fuente: Centaury Dreams.

Artículo original: «Exoplanet Atmospheres: Keeping Up with ARIEL«. Paul Gilster. November 18, 2020.

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Crédito: Ethen Schmidt, Universidad de Kansas.

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