Los 7 planetas rocosos de TRAPPIST-1 pueden estar hechos de materiales similares

Medir la masa y el diámetro de un planeta revela su densidad, lo que puede dar a los científicos pistas sobre su composición. Los científicos ahora conocen la densidad de los siete planetas TRAPPIST-1 con mayor precisión que cualquier otro planeta del universo, aparte de los del Sistema Solar.  
Crédito: NASA / JPL-Caltech.

Las mediciones precisas revelan que los exoplanetas tienen densidades notablemente similares, lo que proporciona pistas sobre su composición.

La enana roja TRAPPIST-1 es el hogar del grupo más grande de planetas aproximadamente del tamaño de la Tierra jamás encontrado en un solo sistema estelar. Estos siete hermanos rocosos proporcionan un ejemplo de la tremenda variedad de sistemas planetarios que probablemente llenan el universo. El sistema de TAPPIST-1 está ubicado a unos 40 años luz de distancia.

Un nuevo estudio publicado hoy en el ‘Planetary Science Journal’ muestra que los planetas TRAPPIST-1 tienen densidades notablemente similares. Eso podría significar que todos contienen aproximadamente la misma proporción de materiales que se cree que componen la mayoría de los planetas rocosos. Estos son: hierro, oxígeno, magnesio y silicio. Pero si este es el caso, esa proporción debe ser notablemente diferente a la de la Tierra. Los planetas TRAPPIST-1 son aproximadamente un 8% menos densos de lo que serían si tuvieran la misma composición que nuestro planeta de origen. Con base en esa conclusión, los investigadores plantearon la hipótesis de que mezclas diferentes de ingredientes podrían dar a los planetas de TRAPPIST-1 la densidad medida.

Sobre el descubrimiento del Sistema TRAPPIST-1

Algunos de estos planetas se conocen desde 2016 , cuando los científicos anunciaron que habían encontrado tres planetas alrededor de la estrella TRAPPIST-1. Para ello utilizaron el Telescopio Pequeño para Planetas y Planetesimales en Tránsito (TRAPPIST) en Chile. Posteriormente el telescopio espacial Spitzer, ahora retirado de la NASA, en colaboración con telescopios terrestres, confirmaron dos de los planetas originales y descubrieron cinco más. Spitzer observó el sistema durante más de 1,000 horas antes de ser dado de baja en enero de 2020. Spitzer fue Administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, en el sur de California. El Hubble de la NASA y los telescopios espaciales Kepler ahora retirados también han estudiado el sistema.

Puede explorar los planetas TRAPPIST-1 en su órbita alrededor de una pequeña y tenue estrella enana roja, con la siguiente visualización interactiva: Eyes on Exoplanets .

Los siete planetas TRAPPIST-1, que están tan cerca de su estrella que encajarían en la órbita de Mercurio, se encontraron mediante el método de tránsito. Los científicos no pueden ver los planetas directamente (son demasiado pequeños y débiles en relación con el estrella). Entonces lo que hacen es buscar caídas en el brillo de la estrella creadas cuando los planetas se cruzan frente a ella, (tránsito del planeta).

Obteniendo las mediciones más precisas de la densidad de los planetas

Las observaciones repetidas de las caídas de la luz de las estrellas combinadas con mediciones del tiempo de las órbitas de los planetas permiten obtener información. De esa manera los astrónomos estimaron las masas y los diámetros de los planetas, que a su vez se utilizaron para calcular sus densidades. Cálculos anteriores determinaron que los planetas tienen aproximadamente el tamaño y la masa de la Tierra. Por ello, también deben ser rocosos o terrestres , a diferencia de los dominados por gases, como Júpiter y Saturno. El nuevo documento ofrece las mediciones de densidad más precisas hasta ahora para cualquier grupo de exoplanetas: planetas más allá de nuestro Sistema Solar.

Densidad sin comprimir y composición de un planeta

Cuanto más precisamente conozcan los científicos la densidad de un planeta, más límites podrán imponer a su composición. Tenga en cuenta que un pisapapeles puede tener aproximadamente el mismo tamaño que una pelota de béisbol, pero suele ser mucho más pesado. Juntos, el ancho y el peso revelan la densidad de cada objeto. De ahí es posible inferir que la pelota de béisbol está hecha de algo más liviano (cuerda y cuero). A su vez, también, que el pisapapeles está hecho de algo más pesado (generalmente vidrio o metal).

Las densidades de los ocho planetas de nuestro propio Sistema Solar varían ampliamente. Los gigantes hinchados y dominados por el gas (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) son más grandes pero mucho menos densos que los cuatro mundos terrestres. Se debe a que están compuestos principalmente de elementos más ligeros como hidrógeno y helio. Incluso los cuatro mundos terrestres muestran cierta variedad en sus densidades. Éstas están determinadas tanto por la composición como por la compresión de un planeta debido a la gravedad del planeta mismo. Al restar el efecto de la gravedad, los científicos pueden calcular lo que se conoce como densidad sin comprimir de un planeta. Así, potencialmente consiguen aprender más sobre la composición de un planeta.

La densidad de un planeta está determinada tanto por su composición como por su tamaño. La gravedad comprime el material del que está hecho un planeta, aumentando la densidad del mismo. La densidad sin comprimir se ajusta al efecto de la gravedad y puede revelar cómo se compara la composición de varios planetas. Detalles completos de la imagen.
Crédito: NASA / JPL-Caltech.

Escenarios posibles para explicar la densidad observada.

a)_Un reino de hierro

Los siete planetas TRAPPIST-1 poseen densidades similares: los valores difieren en no más del 3%. Esto hace que el sistema sea bastante diferente al nuestro. La diferencia de densidad entre los planetas TRAPPIST-1 y la Tierra y Venus puede parecer pequeña, alrededor del 8%, pero es significativa a escala planetaria. Por ejemplo, podemos explicar por qué los planetas TRAPPIST-1 son menos densos teniendo una composición similar a la de la Tierra. Tienen un porcentaje menor de hierro, alrededor del 21% en comparación con el 32% de la Tierra, según el estudio.

Alternativamente, el hierro en los planetas TRAPPIST-1 podría estar infundido con altos niveles de oxígeno, formando óxido de hierro u óxido. El oxígeno adicional disminuiría las densidades de los planetas. La superficie de Marte obtiene su tinte rojo del óxido de hierro. Pero al igual que sus tres hermanos terrestres, tiene un núcleo compuesto de hierro no oxidado. Por el contrario, si la menor densidad de los planetas TRAPPIST-1 fuera causada completamente por hierro oxidado, los planetas tendrían que estar completamente oxidados. Entonces no podrían tener núcleos de hierro sólidos.

Eric Agol, autor principal del nuevo estudio, es un Astrofísico de la Universidad de Washington. Dijo que la respuesta podría ser una combinación de los dos escenarios: menos hierro en general y algo de hierro oxidado.

b)_ Investigando la posibilidad de la presencia de agua

El equipo también investigó si la superficie de cada planeta podría estar cubierta de agua, que es incluso más liviana que el óxido. Si así fuera, cambiaría la densidad general del planeta. En ese escenario el agua tendría que representar aproximadamente el 5% de la masa total de los cuatro planetas exteriores. En comparación, el agua constituye menos de una décima parte del 1% de la masa total de la Tierra.

Los planetas están colocados demasiado cerca de su estrella para que el agua permanezca líquida en la mayoría de las circunstancias. Entonces los tres planetas TRAPPIST-1 internos requerirían atmósferas calientes y densas como la de Venus. En este escenario el agua podría permanecer unida al planeta en forma de vapor. Pero Agol dice que esta explicación parece menos probable porque sería una coincidencia que los siete planetas tuvieran suficiente agua presente para tener densidades similares.

Tres posibles interiores de los exoplanetas TRAPPIST-1. 
Los siete planetas tienen densidades muy similares, por lo que probablemente tengan composiciones similares. Detalles completos de la imagen
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Crédito: NASA / JPL-Caltech. 

Qué nos enseña el sistema TRAPPIST-1

«El cielo nocturno está lleno de planetas, y solo en los últimos 30 años hemos podido comenzar a desentrañar sus misterios», dijo Caroline Dorn. Ella es Astrofísica de la Universidad de Zurich y coautora del artículo. “El sistema TRAPPIST-1 es fascinante porque alrededor de esta estrella podemos aprender sobre la diversidad de planetas rocosos dentro de un solo sistema. Y de hecho podemos aprender más sobre un planeta si también estudiamos a sus vecinos, por lo que este sistema es perfecto para eso».

JPL, una división de Caltech en Pasadena, California, gestionó la misión Spitzer para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. Las operaciones científicas se llevaron a cabo en el Centro de Ciencias Spitzer en IPAC en Caltech. El catálogo científico completo de Spitzer está disponible a través del archivo de datos de Spitzer, ubicado en el Archivo de Ciencia Infrarroja en IPAC. Las operaciones de la nave espacial se basaron en ‘Lockheed Martin Space’ en Littleton, Colorado.

Más acerca de TRAPPIST-1

Fuente: NASA Jet Propulsion Laboratory.

Artículo original: «The 7 Rocky TRAPPIST-1 Planets May Be Made of Similar Stuff. Calla Cofield«. Jan 22, 2021.

Material relacionado

El descubrimiento de los exoplanetas de TRAPPIST-1

a)_ Los primeros 3 exoplanetas descubiertos

Representación artística de los 3 exoplanetas encontrados que orbitan a la enana roja TRAPPIST-1. Crédito: ESO.

Utilizando telescopios instalados en los observatorios de ESO, en Chile, un equipo de astrónomos ha descubierto tres planetas que orbitan a una débil estrella enana. Esta última está a tan sólo 40 años luz de la Tierra. Estos mundos tienen tamaños y temperaturas similares a los de Venus y la Tierra. Pueden ser los mejores objetivos encontrados hasta ahora para la búsqueda de vida en otros lugares del universo.

b)_ Los siete exoplanetas

La impresión de este artista muestra la vista desde la superficie de uno de los planetas del sistema TRAPPIST-1. Al menos siete planetas orbitan esta estrella enana ultra fría a 40 años luz de la Tierra y todos tienen aproximadamente el mismo tamaño que la Tierra. Están a las distancias adecuadas de su estrella para que exista agua líquida en las superficies de varios de ellos. La impresión de este artista se basa en los parámetros físicos conocidos de los planetas y estrellas vistos. Utiliza una amplia base de datos de objetos en el Universo.
Crédito: ESA
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Los astrónomos han confirmado la existencia de, al menos, siete pequeños planetas orbitando la estrella enana roja fría TRAPPIST-1. Utilizaron el telescopio TRAPPIST–Sur, en La Silla, el Very Large Telescope (VLT), en Paranal, y el telescopio espacial Spitzer, así como otros telescopios del mundo. Todos los planetas, nombrados como TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g y h, en orden creciente de distancia de su estrella, tienen tamaños similares a la Tierra. El artículo a continuación lo presenta.

El telescopio Kepler observa el Sistema TRAPPIST-1

Ilustración de la enana roja ultra fría TRAPPIST-1 y sus siete planetas rocosos.
Crédito:
NASA JPL-Calthec, Robert Hurt (IPAC).

Durante el período del 15 de Diciembre de 2016 al 4 de Marzo, la nave espacial Kepler, operando como la misión K2, recopiló datos. Observó los minúsculos cambios de brillo de la estrella debido a planetas en tránsito. Se espera que estas observaciones adicionales permitan a los astrónomos refinar las mediciones anteriores de seis planetas. También, fijar el período orbital y la masa del séptimo planeta y más lejano, TRAPPIST-1h. Por último, permitan aprender más sobre la actividad magnética de la estrella anfitriona. La siguiente publicación lo describe.

Ilustración que muestra los siete planetas del tamaño de la Tierra de TRAPPIST-1. La imagen no muestra las órbitas de los planetas a escala, pero resalta las posibilidades de cómo se verían las superficies de estos intrigantes mundos. 
Crédito: NASA / JPL-Caltech.

Las observaciones intensivas realizadas por los telescopios TRAPPIST y SPECULOOS y los telescopios espaciales Hubble y Spitzer nos permiten conocer más acerca del sistema TRAPPIST-1.  Michaël Gillon (ULiège – STAR Institute) y colaboradores publicaron cuatro documentos importantes que refinan nuestro conocimiento de los exoplanetas y su estrella. La masa, radio y primeras restricciones atmosféricas de cada uno de ellos. Estos nuevos resultados confirman la naturaleza terrestre y rocosa de los planetas, al tiempo que sugieren composiciones mucho más ricas en agua que en la Tierra.

Miscelánea

El Arte de los Exoplanetas

Esta representación artística apareció el 23 de Febrero de 2017 en la portada de la revista Nature. Anunciaba que la estrella TRAPPIST-1, una enana ultrafría, tiene siete planetas del tamaño de la Tierra orbitándola . Cualquiera de estos planetas podría tener agua líquida. Los planetas que están más lejos de la estrella son más propensos a tener cantidades significativas de hielo.
Crédito imagen: NASA-JPL / Caltech / Robert Hurt.

Robert Hurt, un científico de  visualización en el centro IPAC de Caltech, caminaba fuera de su casa en Mar Vista, California. Poco antes se había enterado del descubrimiento de estos mundos rocosos alrededor de una estrella llamada TRAPIST-1 cuando  se le asignó la tarea de visualizarlos. Los planetas habían sido revelados por el telescopio espacial Spitzer de la NASA y los observatorios terrestres. El siguiente artículo lo describe:

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