Primeros datos que revelan de qué están hechos estos exoplanetas del tamaño de la Tierra
5 de Febrero de 2018
Un nuevo estudio ha revelado que, la composición de los siete planetas que orbitan a la cercana estrella enana ultrafría TRAPPIST-1, es básicamente rocosa y que, potencialmente, algunos podrían albergar más agua que la Tierra. La densidad de los planetas, que ahora se conoce con mucha más precisión, sugiere que algunos de ellos podrían tener hasta un 5% de su masa en forma de agua, aproximadamente 250 veces más que los océanos de la Tierra. Los planetas más calientes, más cercanos a su estrella, son propensos a tener densas atmósferas de vapor, y los más distantes probablemente tengan sus superficies heladas. En cuanto a tamaño, densidad y cantidad de radiación que reciben de su estrella, el cuarto planeta es el más parecido a la Tierra. Parece ser el planeta más rocoso de los siete y tiene posibilidades de albergar agua líquida.
Los planetas que hay alrededor de la débil estrella roja TRAPPIST-1, a sólo 40 años luz de la Tierra, fueron detectados por primera vez en 2016 con el Telescopio TRAPPIST-sur, instalado en el Observatorio La Silla de ESO. Durante el año siguiente se llevaron a cabo otras observaciones, tanto desde telescopios terrestres, como el Very Large Telescope de ESO, como con el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, revelando que no había menos de siete planetas en el sistema, cada uno de un tamaño parecido al de la Tierra. Se llaman TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g y h, en el sentido en el que aumenta la distancia de la estrella central [1].
Ahora se han llevado a cabo más observaciones, tanto con telescopios basados en tierra, incluyendo la instalación SPECULOOS, casi completa, en el Observatorio Paranal de ESO, como desde el Telescopio Espacial Spitzer y el Telescopio Espacial Kepler de la NASA. Un equipo de científicos, liderado por Simon Grimm, de la Universidad de Berna (Suiza), ha aplicado métodos de modelado informático muy complejos a los datos disponibles y ha determinado las densidades de los planetas con mucha más precisión [2].
Simon Grimm explica cómo se determinan las masas: “Los planetas de TRAPPIST-1 están tan juntos que interfieren entre sí gravitatoriamente, por lo que, cuando pasan frente a la estrella, hay un ligero cambio en los tiempos. Estos cambios dependen de las masas de los planetas, sus distancias y otros parámetros orbitales. Con un modelo informático simulamos las órbitas de los planetas hasta que los tránsitos calculados concuerdan con los valores observados y de ahí derivamos las masas planetarias”.
Eric Agol, miembro del equipo, nos habla el significado de este hallazgo: “Una meta, perseguida desde hace un tiempo dentro del campo del estudio de los exoplanetas, ha sido conocer la composición de los planetas que son similares a la Tierra en tamaño y temperatura. El descubrimiento de TRAPPIST-1 y las capacidades de las instalaciones de ESO en Chile y del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA en órbita, lo han hecho posible. ¡Por primera vez tenemos una pista que nos dice de qué están hechos los exoplanetas del tamaño de la Tierra!”.
Las medidas de densidad, combinadas con los modelos de las composiciones de los planetas, sugieren firmemente que los siete planetas TRAPPIST-1 no son mundos rocosos estériles. Parecen contener cantidades significativas de material volátil, probablemente agua [3], que alcanza hasta un 5% de la masa del planeta en algunos casos, lo cual supone una gran cantidad: en comparación, ¡solo el 0,02 % de la masa de la Tierra es agua!
“Las densidades, pese a ser pistas importantes sobre la composición de los planetas, no dicen nada de habitabilidad. Sin embargo, nuestro estudio es un paso importante mientras seguimos explorando si estos planetas podrían sustentar vida”, afirmó Olivier Brice Demory, coautor en la Universidad de Berna.
TRAPPIST-1b y c, los planetas más interiores, parece tener núcleos rocosos y estar rodeados de atmósferas mucho más gruesas que la de la Tierra. Por su parte, TRAPPIST-1d es el más ligero de los planetas, con un 30 por ciento de la masa de la Tierra. Los científicos no están seguros de si tiene una gran atmósfera, un océano o una capa de hielo.
El equipo de investigación se sorprendió por el hecho de que TRAPPIST-1e sea el único planeta del sistema un poco más denso que la Tierra, lo que sugiere que puede tener un núcleo más denso de hierro y que no necesariamente tiene una atmósfera espesa, un océano o una capa de hielo. Resulta misterioso que TRAPPIST-1e parezca tener una composición mucho más rocosa que el resto de los planetas. En términos de tamaño, densidad y de la cantidad de radiación que recibe de su estrella, es el planeta más similar a la Tierra.
TRAPPIST-1f, g y h están lo suficientemente lejos de la estrella anfitriona como para que el agua pueda congelarse y formar hielos sobre sus superficies. Si tienen atmósferas delgadas, sería improbable que contuvieran las moléculas pesadas que encontramos en la Tierra, como el dióxido de carbono.
“Es interesante que los planetas más densos no sean los que están más cerca de la estrella, y que los planetas más fríos no tengan atmósferas gruesas”, señala la coautora del estudio Caroline Dorn, de la Universidad de Zúrich (Suiza).
El sistema TRAPPIST-1 seguirá siendo un foco de intenso escrutinio por parte de numerosas instalaciones terrestres y espaciales, incluyendo el ELT (Extremely Large Telescope) de ESO y el Telescopio Espacial James Webb de NASA/ESA/CSA.
Los equipos de investigación también están invirtiendo esfuerzos en buscar otros planetas alrededor de estrellas rojas débiles como TRAPPIST-1. Como miembro de este grupo, Michaël Gillon explica [4]: “Este resultado pone de relieve el enorme interés de explorar estrellas enanas ultrafrías cercanas — como TRAPPIST-1 — para el tránsito de planetas terrestres. Ese es exactamente el objetivo de SPECULOOS, nuestro nuevo buscador de exoplanetas, que está a punto de iniciar operaciones en el Observatorio Paranal de ESO, en Chile”.
Notas
[1] Los planetas fueron descubiertos usando el Telescopio TRAPPIST-sur, basado en tierra e instalado en el Observatorio La Silla de ESO, en Chile; TRAPPIST-norte, en Marruecos; el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA; el instrumento HAWK de ESO, instalado en el Very Large Telescope en el Observatorio Paranal, en Chile; el telescopio de 3,8 metros UKIRT, en Hawái; el telescopio Liverpool de 2 metros y el Telescopio William Herschel de 4 metros, en la isla Canaria de La Palma; y el telescopio de 1 metro SAAO, en Sudáfrica.
[2] Medir las densidades de los exoplanetas no es fácil. Es necesario conocer tanto el tamaño del planeta como su masa. Los planetas de TRAPPIST-1 se detectaron utilizando el método de tránsitos, es decir, buscando pequeñas disminuciones en el brillo de la estrella provocadas por el paso de un planeta a través de su disco, lo cual bloquea parte de su luz. Esto da una buena estimación del tamaño del planeta. Sin embargo, es más difícil medir la masa de un planeta (si no hay otros efectos, los planetas con masas diferentes tienen las mismas órbitas y no hay manera directa de distinguirlos). Pero, en un sistema múltiple de planetas, hay una forma: los planetas más masivos perturban las órbitas de los planetas más ligeros. Esto, a su vez, afecta a los tiempos de los tránsitos. El equipo dirigido por Simon Grimm ha utilizado estos efectos, muy sutiles y complicados de detectar, para estimar las masas de los siete planetas basándose en un gran cuerpo de información y en un análisis y modelado de datos muy sofisticados.
[3] Los modelos utilizados también tienen en cuenta volátiles alternativos, como el dióxido de carbono. Sin embargo, se decantan por el agua (ya sea en forma de vapor, líquido o hielo) como componente abundante más probable, dado que el agua es la fuente más abundante de volátiles en los discos protoplanetarios solares en cuanto a abundancias.
[4] La instalación del telescopio de rastreo SPECULOOS (en el Observatorio Paranal, de ESO) está a punto de completarse.
Información adicional
Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo científico titulado “The nature of the TRAPPIST-1 exoplanets”, por S. Grimm et al., que aparece en la revista Astronomy & Astrophysics.
El equipo está formado por Simon L. Grimm (Universidad de Berna, Centro para el estudio del Espacio y la Habitabilidad, Berna, Suiza); Brice-Olivier Demory (Universidad de Berna, Centro para el estudio del Espacio y la Habitabilidad, Berna, Suiza); Michaël Gillon (Instituto para la Investigación de Astrofísica, Ciencias y Tecnologías Espaciales, Universidad de Lieja, Lieja, Bélgica); Caroline Dorn (Universidad de Berna, Centro para el estudio del Espacio y la Habitabilidad, Berna, Suiza; Universidad de Zúrich, Instituto de Ciencias Computacionales, Zúrich, Suiza), Eric Agol (Universidad de Washington, Seattle, Washington, EE.UU.; Laboratorio Planetario Virtual del Instituto de Astrobiología de la NASA, Seattle, Washington, EE.UU.; Instituto de Astrofísica de París, París, Francia); Artem Burdanov (Instituto para la Investigación de Astrofísica, Ciencias y Tecnologías Espaciales, Universidad de Lieja, Lieja, Bélgica); Laetitia Delrez (Laboratorio Cavendish, Cambridge, Reino Unido; Instituto para la Investigación de Astrofísica, Ciencias y Tecnologías Espaciales, Universidad de Lieja, Lieja, Bélgica); Marko Sestovic (Universidad de Berna, Centro para el estudio del Espacio y la Habitabilidad, Berna, Suiza); Amaury H.M.J. Triaud (Instituto de Astronomía, Cambridge, Reino Unido; Universidad de Birmingham, Birmingham, Reino Unido); Martin Turbet (Laboratorio de Meteorología Dinámica, IPSL, Universidad de la Sorbona, UPMC Univ París 06, CNRS, París, Francia); Émeline Bolmont (Universidad París Diderot, AIM, Ciudad de la Sorbona de París, CEA, CNRS, Gif-sur-Yvette, Francia); Anthony Caldas (Laboratorio de Astrofísica de Burdeos, Universidad de Burdeos, CNRS, Pessac, Francia); Julien de Wit (Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias, Instituto Massachusetts de Tecnología, Cambridge, Massachusetts, EE.UU.); Emmanuël Jehin (Instituto para la Investigación de Astrofísica, Ciencias y Tecnologías Espaciales, Universidad de Lieja, Lieja, Bélgica); Jérémy Leconte (Laboratorio de Astrofísica de Burdeos, Universidad de Burdeos, CNRS, Pessac, Francia); Sean N. Raymond (Laboratorio de Astrofísica de Burdeos, Universidad de Burdeos, CNRS, Pessac, Francia); Valérie Van Grootel (Instituto para la Investigación de Astrofísica, Ciencias y Tecnologías Espaciales, Universidad de Lieja, Lieja, Bélgica); Adam J. Burgasser (Centro de Astrofísica y Ciencias Espaciales, Universidad de California San Diego, La Jolla, California, EE.UU.); Sean Carey (IPAC, Instituto de Tecnología de California, Pasadena, California, EE.UU.); Daniel Fabrycky (Departamento de Astronomía y Astrofísica, Universidad de Chicago, Chicago, Illinois, EE.UU.); Kevin Heng (Universidad de Berna, Centro para el estudio del Espacio y la Habitabilidad, Berna, Suiza); David M. Hernández (Departamento de Física and del Instituto Kavli de Investigación en Astrofísica y Espacio, Instituto de Tecnología de Massachusetts, Cambridge, Massachusetts, EE.UU.); James G. Ingalls (IPAC, Instituto de Tecnología de California, Pasadena, California, EE.UU.); Susan Lederer (Centro Espacial Johnson de la NASA, Houston, Texas, EE.UU.); Franck Selsis (Laboratorio de Astrofísica de Burdeos, Universidad de Burdeos, CNRS, Pessac, Francia); y Didier Queloz (Laboratorio Cavendish, Cambridge, Reino Unido).
ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Cuenta con el respaldo de dieciséis países: Alemania, Austria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, el Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza, junto con el país anfitrión, Chile. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de poderosas instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también desarrolla un importante papel al promover y organizar la cooperación en investigación astronómica. ESO opera en Chile tres instalaciones de observación únicas en el mundo: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope, el observatorio óptico más avanzado del mundo, y dos telescopios de rastreo. VISTA (siglas en inglés de Telescopio de Rastreo Óptico e Infrarrojo para Astronomía) trabaja en el infrarrojo y es el telescopio de rastreo más grande del mundo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT) es el telescopio más grande diseñado exclusivamente para rastrear el cielo en luz visible. ESO es el socio europeo de un revolucionario telescopio, ALMA, actualmente el mayor proyecto astronómico en funcionamiento del mundo. Además, cerca de Paranal, en Cerro Armazones, ESO está construyendo el ELT (Extremely Large Telescope), el telescopio óptico y de infrarrojo cercano de 39 metros que llegará a ser “el ojo más grande del mundo para mirar el cielo”.
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Enlaces
- Artículo científico
- Enlace a la nota de prensa de Hubble sobre las atmósferas de los planetas de TRAPPIST-1
- Más información sobre TRAPPIST-Sur
- Más información sobre SPECULOOS
- Telescopio Espacial Spitzer de la NASA
- Telescopio Espacial Kepler de la NASA
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