El telescopio Webb es el único capaz de encontrar exoplanetas potencialmente habitables
Una de las mayores barreras para encontrar mundos habitables en otras partes del Cosmos es que solo tenemos un ejemplo de tal mundo que haya existido: la Tierra.
por Claire Cameron
Sin embargo, más allá de los siete planetas de nuestro Sistema Solar, ahora sabemos que hay miles (si no millones) de otros sistemas estelares con su propia miríada de planetas, algunos de los cuales pueden ser bastante similares a la Tierra. En las últimas tres décadas, los científicos han descubierto unos 4.000 exoplanetas conocidos. Se sabe que un puñado de estos orbes existen en la "Zona Goldilocks", un área especial del espacio lo suficientemente cerca como lejos de sus estrellas anfitrionas para tener temperaturas superficiales capaces de sostener agua líquida, como la Tierra. Además, algunos exoplanetas muestran signos débiles de llevar agua en sus atmósferas, otro signo clave de habitabilidad.
Pero estos mundos están tan lejos que detectarlos es una tarea ardua: los observatorios en el espacio y en tierra tienen que observar las estrellas durante el mayor tiempo posible para ver si pueden detectar pequeñas aberraciones en la luz de la estrella. En estos momentos, los exoplanetas se revelan a los científicos con ojo de águila y ofrecen algunos datos para descifrar sobre su órbita, tamaño y composición atmosférica.
“Cuando ves que el planeta pasa frente a la estrella indirectamente, vemos el efecto que el planeta tiene sobre la estrella”, explica Knicole Colón, científica adjunta del Proyecto del Telescopio Espacial James Webb para Exoplanet Science en la NASA. Esencialmente, el planeta bloquea la luz de la estrella, al pasar frente a ella, y dobla y empaña parte de la luz, tanto al estorbar como al filtrar la luz a través de su atmósfera, si es que tiene una.
“Si el planeta tiene una atmósfera, podemos ver la luz de las estrellas que es filtrada por la atmósfera; buscamos las caídas que faltan y vemos en qué longitudes de onda de luz ocurren y cómo se corresponden con las diferentes moléculas que pueden existir para bloquear la luz", dice.
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Con el Telescopio Espacial James Webb en la sala limpia de la NASA en 2017. (Crédito: Knicole Colón / NASA) |
Pero ahora científicos como Colón tienen una oportunidad: el Telescopio Espacial James Webb. Solo en el primer año de ciencia, el Webb observará “alrededor de 70” exoplanetas diferentes, dice Colón. Estos 70 planetas han sido descubiertos por otros observatorios, pero el Webb transformará la capacidad de los astrofísicos para descifrar su verdadera naturaleza, e incluso visualizarlos directamente. El Webb también podría descubrir nuevos exoplanetas por sí mismo. De hecho, dice Colón, uno de los primeros esfuerzos científicos que emprenderá Webb es observar de cerca el sistema estelar más cercano a la Tierra, Alpha Centauri, y tratar de detectar cualquier planeta que pueda estar escondido allí por primera vez.
“Eso es usar imágenes directas para ver si podemos encontrar un planeta allí”, dice Colón. “Como un planeta gigante por ahí”.
Inverse se sentó con Colón para aprender más sobre cómo Webb puede transformar la ciencia planetaria, descubrir nuevos mundos y ayudar a perfeccionar el concepto científico de lo que hace que un mundo sea habitable más allá de lo que sabemos sobre la Tierra.
La siguiente entrevista ha sido ligeramente editada para mayor claridad y extensión.
INVERSE: Todavía estamos a unos meses de las primeras observaciones científicas del Telescopio James Webb, pero cuénteme un poco sobre los primeros proyectos que llevará a cabo Webb relacionados con exoplanetas.
KNICOLE COLÓN: Tenemos el primer año de objetivos científicos seleccionados y hay una mezcla porque los exoplanetas se observarán predominantemente a través del método de tránsito. Entonces, cuando ves que el planeta pasa frente a la estrella indirectamente, ves el efecto que el planeta tiene sobre la estrella. Si el planeta tiene una atmósfera, podemos ver la luz de las estrellas que es filtrada por la atmósfera: buscamos las caídas que faltan y vemos en qué longitudes de onda de luz ocurren y cómo se corresponden con las diferentes moléculas que pueden existir para bloquear la luz.
La mayoría de los planetas se van a observar con el método de tránsito. En realidad, hay alrededor de 70 exoplanetas en tránsito diferentes que se observarán durante el primer año de ciencia de Webb, y estos son los que ya han sido observados por otras misiones, como TESS [Transiting Exoplanet Survey Satellite]. TESS proporcionó una gran parte de los objetivos y eso se debe a que TESS está encontrando pequeños planetas alrededor de pequeñas estrellas. Esos son los más interesantes por algunas razones. Quiero decir, el factor pequeño, correcto, porque queremos encontrar planetas pequeños, y TESS está encontrando muchos de ellos, y ahora le estamos dando eso a Webb.
Los 70 planetas abarcan toda la gama, desde ya sabes, alrededor del tamaño de la Tierra, hasta más grandes que Júpiter, y todo lo demás. Así que tienen una muestra diversa muy agradable seleccionada para el primer año. Y luego también están los planetas que se observarán utilizando imágenes directas.
Cuéntame un poco más sobre eso: ¿imágenes directas de exoplanetas con Webb?
Entonces, la mayoría de las veces, al menos ahora, la atención se centrará en los tránsitos. Pero también hay una fracción de tiempo dedicada a la imagen directa. Es como dos telescopios, donde, en algunos casos, las personas usan diferentes instrumentos para observar planetas que fueron descubiertos previamente, nuevamente, ya sea por un telescopio terrestre o incluso Hubble, creo, descubrió un planeta a través de imágenes directas, así que estos ya son conocidos, ya sabes, sabemos que están ahí. Entonces Webb puede mirar y específicamente tiene modos de observación especiales para bloquear la luz de la estrella central de alguna manera. Entonces, vemos un planeta tenue que es como esconderse en el resplandor de la estrella, básicamente podemos deshacernos de la luz de la estrella y ver el planeta en sí.
Entonces, esto nos permite ver un planeta, pero seguirá siendo como una mancha borrosa, solo porque estos planetas todavía están muy lejos. No resolveremos características de superficie similares. Pero te sorprendería cuánto podemos extraer de una mancha difusa. Todavía estamos recolectando toda la luz de ese planeta básicamente. Y lo que podemos hacer es tomar eso e interpretarlo y obtener el espectro de la atmósfera del planeta. Y luego buscamos las mismas cosas que buscamos usando el método de tránsito. Pero muchos de esos planetas, solo porque es una técnica realmente difícil, la imagen directa, tienen el tamaño de Júpiter o la masa de Júpiter. Todos son planetas gigantes.
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Esta imagen compuesta muestra un exoplaneta (la mancha roja en la parte inferior izquierda), que orbita alrededor de la enana marrón 2M1207. 2M1207b es el primer exoplaneta fotografiado directamente y el primero descubierto orbitando una enana marrón. Fue fotografiado en 2004. (ESO) |
Pero también estaremos mirando estrellas si no sabemos que tienen planetas y Webb también buscará algunos mediante imágenes directas, por lo que Webb podría descubrir algunos planetas nuevos que aún no hemos visto con otros observatorios.
Creo que la mayoría de ellos serían como Júpiter o tal vez como el tamaño de Saturno, por lo que siguen siendo gigantes gaseosos. Pero el punto es que Webb descubrirá algunos planetas de esta manera, esperamos, y creo que eso a menudo queda enterrado en las noticias.
¿Porqué es eso?
No sé. No es un componente principal, ya sabes, pero también se debe en parte a que tenemos que ver cómo funciona Webb. Como ahora que está en el espacio, ya sabes, y te gusta, cómo lo hace Webb, qué tan sensible es. Entonces, una vez que aprendamos eso, el programa de imágenes directas crecerá.
Entonces, ¿Webb tomará imágenes de estrellas de una manera menos específica y, en cambio, intentará encontrar planetas alrededor de estrellas que nunca pensamos que podrían estar allí en primer lugar?
Los programas que utilizan Webb para buscar planetas se centran principalmente en algunas de las estrellas más cercanas. Como, por ejemplo, hay un programa que observará Alpha Centauri, que es nuestro sistema estelar más cercano, y usará imágenes directas para ver si sabemos que podemos encontrar un planeta allí. Como un planeta gigante por ahí. Y hay algunos programas que analizan algunas de esas estrellas más cercanas y más pequeñas. Estas son como estrellas frías y enanas que son mucho más pequeñas que el Sol, básicamente. Hay un programa que hace una encuesta de, creo que son como cinco o 10, ya sabes, pero son un puñado, y podría haber, ya sabes, la posibilidad de encontrar algo allí.
Incluso tengo un programa diferente que realiza una búsqueda alrededor de las estrellas enanas blancas, en realidad, que son estos restos de objetos estelares que son realmente la etapa final de la vida, pero aún podría haber planetas gigantes remanentes o algo más pequeño orbitando alrededor de ellos.
Entonces, ¿esencialmente mirando cementerios solares?
Correcto. Así que no lo sabemos todavía hasta que miramos lo que hay allí, y ese es el objetivo de tener algo como Webb también, porque Webb es sensible a estos regímenes.
Son encuestas bastante pequeñas, cierto, cada programa individual. Pero ya sabes, básicamente están comenzando el primer año de ciencia para ver qué podemos encontrar con imágenes directas.
¿Webb también podría descubrir exoplanetas usando el método de tránsito?
Realmente necesitamos estos estudios masivos, ya sabes, a largo plazo, de todo el cielo, como TESS o Kepler. Realmente no creo que encontremos planetas en tránsito con Webb. A menos que sea fortuito, como que tal vez estemos observando un planeta en tránsito conocido, y luego, Webb es tan sensible que vemos otra caída o algo en la luz de las estrellas que no esperábamos, ya sabes. Entonces tal vez ese sea realmente otro planeta en tránsito en ese sistema que no habíamos detectado, por alguna razón, con otros telescopios. Así que podría haber observaciones fortuitas, pero, que yo sepa, nadie está planeando una búsqueda de tránsito porque es un uso realmente ineficiente del tiempo de Webb.
¿Pero Webb está equipado con los instrumentos que necesitarías para ver un planeta en tránsito si quisieras?
Sí, para que podamos ver, supongo. Pero debido a que Webb mira una estrella a la vez, en comparación con TESS, que mira miles de millones de estrellas a la vez, sería muy difícil. A menos que estés apuntando a una estrella muy especial, como una de estas estrellas cercanas. Siento que tendrías que tener circunstancias muy especiales para usar a Webb para mirar una estrella el tiempo suficiente para tratar de encontrar otro planeta cruzando frente a ella.
Creo que algunas personas piensan que Webb nos dará imágenes de exoplanetas que se vean tan claras como una foto de un planeta cercano a nosotros, como Neptuno. Entonces, cuénteme más sobre lo que realmente mostrarán las imágenes de Webb cuando se trata de exoplanetas.
Webb toma imágenes en infrarrojo, no es como si pudiéramos ver con nuestros ojos. Así que es difícil de imaginar, pero lo que podemos hacer, digamos cuando lanzamos estas imágenes al público, ya sabes, no serán los colores que conoces, estamos acostumbrados a que nos gusten, como, no habrá cualquier color obvio. Pero les asignamos colores y podemos decir, está bien, ya sabes, esto es lo que creemos que está lo suficientemente cerca. ¡Pero eso está bien!
Lo que hace Webb depende de cómo se usa, como usar una cámara y usar un filtro determinado, tal como usaría, digamos, un filtro de Snapchat en su teléfono. Hay una cierta escala de colores de luz que podemos recolectar con Webb y podemos tomar esa instantánea y luego diseccionar la luz. Por ejemplo, cuando miramos al Sol, lo llamamos luz blanca pero contiene todos los colores del arcoíris. Si tomas el Sol y lo colocas en un prisma, divide la luz en nuestro arcoíris para que podamos ver todos los colores, desde el rojo hasta el verde, ¿verdad? Imagine que la luz infrarroja es lo mismo, donde estamos tomando nuestro punto borroso y parece que es solo un color, digamos blanco, pero en realidad cuando lo divide en su arco iris de luz infrarroja, entonces obtenemos toda esta información.
Obtenemos el equivalente infrarrojo de rojo, verde, azul, y podemos diseccionarlo y ver que habrá algunas partes que son más brillantes, como quizás sea más brillante en el rojo, ya sabes, en comparación con el amarillo... Dependiendo de qué tan brillante o tenues son los diferentes colores, una vez que los diseccionamos, eso nos dice que está bien, sabemos que el agua debe estar en la atmósfera en este color de luz. Pero la luz del planeta se ve muy tenue allí, por lo que no hay agua que refleje la luz, de lo contrario, sería brillante.
En última instancia, podemos extraer mucho de ese pequeño punto, podemos dividirlo en un arcoíris de colores, esencialmente, pero en infrarrojo, y luego buscar qué nos dicen esos arcoíris de colores, ya sea que haya metano, dióxido de carbono, agua o otras moléculas.
Sin embargo, ¿cómo nos ayuda esa información a encontrar mundos habitables? ¿Qué puede decirnos la atmósfera, por ejemplo, si sabemos que el planeta está en la Zona Ricitos de Oro y podría sostener agua en la superficie, por ejemplo?
Este es solo el primer año de ciencia que hemos planeado, pero muchos de los primeros objetivos son pequeños. Y pequeño significa que son potencialmente rocosos, pero no lo sabemos hasta que miramos su atmósfera y tratamos de ver de qué está hecha porque podrían ser físicamente pequeños, como su radio o diámetro, pero podrían tener un atmósfera muy espesa, como Venus.
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Alpha Centauri es un sistema estelar triple ubicado a poco más de cuatro años luz, o alrededor de 25 billones de millas, de la Tierra. (Óptica: Zdenek Bardon; Rayos X: NASA/CXC/Univ. de Colorado/T. Ayres et al.) |
Entonces, si tenemos un planeta pequeño con una atmósfera, y tratamos de buscar evidencia de agua o algo así y no vemos nada, o solo vemos como un espectro plano, como si no pudiéramos distinguir ninguna señal, eso es muy sugestivo de que tiene una atmósfera espesa o que la atmósfera está continuamente contenida por nubes espesas y neblinas. Si ese es realmente el caso, es muy probable que no haya una superficie debajo de la atmósfera que sea habitable.
Si hay una atmósfera que es razonablemente como la Tierra, Webb tendrá la sensibilidad para comenzar a detectar este vapor de agua y, ya sabes, mencioné el metano y el dióxido de carbono, entonces, uno debería poder comenzar a detectar estas moléculas.
Podríamos decir, sabemos que hay agua, sabemos que hay esto, sabemos que hay aquello, y podemos ejecutar nuestros modelos y ya sabes, tratar de decir: 'Está bien, ¿cuánta agua es? ¿Está saturado de agua hasta el punto en que tal vez sea más como un planeta oceánico? ¿O está realmente saturado de algo venenoso como el monóxido de carbono? Podemos empezar a hacer algo de eso con Webb.
Entonces, ¿alguna vez será posible decir de manera concluyente que cualquier observación es un signo claro de habitabilidad?
Podemos hacer nuestro mejor esfuerzo con los datos que tenemos. Pero si Webb encuentra algo que indica una biofirma potencial... Eso es algo en lo que tenemos que ser muy cuidadosos para confirmarlo, ¿verdad? Y creo que la mayor limitación es que las señales son muy pequeñas. Así que necesitaremos muchos datos para llegar allí con Webb. Es posible que lleguemos allí con Webb, donde podemos decir que saben, podemos pensar que tenemos evidencia de algo, pero me sorprendería si alguien realmente afirmara, solo con Webb, que encontramos un mundo habitable, porque va a requerir mucho análisis cuidadoso y re-análisis. Entonces no lo obtenemos de una observación, básicamente, tenemos que mirar los planetas muchas veces.
Y mientras hacemos eso, también estamos mirando la estrella, solo porque así es como funciona el proceso. Y la estrella podría estar cambiando, lo que también podría afectar nuestra interpretación del planeta. Así que debemos ser muy cuidadosos para dar cuenta de todo, mientras buscamos estas pequeñas señales. Pero creo que Webb realmente está iniciando este campo, por lo que comenzará a hacer este reconocimiento, y creo que tentativamente estaremos detectando algunas de estas señales que estamos buscando.
Pero luego, para el último dicho, algo es habitable, creo que lo que sucederá es que terminaremos con esta cosecha de planetas y decimos, está bien, hemos considerado que estos son todavía algunos de los objetivos más viables para continuar persiguiendo, ¿verdad? ? Entonces, eso se suma a algunas de estas misiones futuras que ya están en proceso y que están diseñadas más para esa sensibilidad, como firmas biológicas específicas que esperaríamos ver en una Tierra moderna. Básicamente, necesita muchos telescopios en diferentes longitudes de onda para obtener toda la información que necesita.
¿Cuántos planetas en la zona habitable estudiará Webb?
En el primer año de ciencias, sabemos que Webb observará al menos cuatro o cinco planetas pequeños que, como sabemos, creemos que están en esta zona de Ricitos de Oro, hasta donde sabemos. Así que Webb definitivamente estará observando, como cuatro o cinco de estos, planetas potencialmente Ricitos de Oro.
Y luego, entonces, lo que aprendamos de esas observaciones, correcto, con suerte, no solo implicarán que tienen una atmósfera espesa como Venus, ¿sabes? Pero si lo hacen, al menos lo sabemos ahora.
Webb realmente brinda la primera oportunidad de hacer esto de cualquier manera, incluso si no es lo que esperamos ver. Con Webb estaremos seguros, como, está bien, esta es potencialmente más una atmósfera espesa, como Venus, y luego esta, está bien, ya sabes, tenemos señales de evidencia de agua y otras moléculas. Al menos entonces sabemos que debemos concentrar todos nuestros esfuerzos en este y olvidarnos de los otros cuatro, ¿sabes?
Es dificil. Literalmente, es una medición muy difícil de hacer porque estas atmósferas son muy delgadas y las señales que estamos buscando son muy pequeñas, y Webb revelará mucha información, pero creo que estaremos más seguros sobre parte de esta habitabilidad potencial. Pero entonces, ¿realmente encontrará signos de vida? Eso es otra cosa.
¿Son las súper-Tierras realmente los mejores lugares para buscar extraterrestres?
por Christopher Plain
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| Crédito: thedebrief.org |
Las supertierras pueden ser el mejor lugar para buscar vida extraterrestre debido a sus escudos magnéticos de larga duración, según un estudio reciente. Los científicos habían pensado anteriormente que los exoplanetas rocosos del tamaño de la Tierra, es decir, los planetas ubicados fuera de nuestro propio sistema solar que tienen un tamaño y una composición similares a la de nuestra propia Tierra, podrían ser los mejores lugares para buscar extraterrestres. Sin embargo, este estudio más reciente parece indicar que las supertierras, es decir, los exoplanetas rocosos que van de 2 a 10 veces más grandes que la Tierra, pueden crear un entorno aún mejor para fomentar la vida.
Antecedentes: exoplanetas y la búsqueda de E.T.
Desde que los científicos vieron por primera vez un planeta fuera de nuestro propio sistema solar, se han desatado debates sobre cuál de estos exoplanetas podría albergar vida no humana. Dado que la mayoría de los exoplanetas encontrados hasta ahora son gigantes gaseosos como Júpiter o Saturno, las probabilidades de encontrar vida similar a la que conocemos aquí en la Tierra en esos mundos gaseosos son increíblemente escasas. Sin embargo, un número significativo de los exoplanetas detectados por la NASA utilizando el Hubble y la misión de búsqueda de planetas Kepler son de naturaleza rocosa, y la mayoría de ellos aterrizan en la categoría de supertierra.
Ahora, un grupo de investigadores está analizando la dinámica del hierro, que se cree que es el núcleo de la mayoría de estos planetas, y cómo puede relacionarse con la habitabilidad de un planeta.
Análisis: las supertierras pueden ofrecer la mejor protección contra la radiación
Publicado en la revista Science, un equipo de investigadores observó específicamente el punto de fusión del hierro en condiciones de presión extrema como las que se encuentran en los núcleos de los planetas. Esto es significativo porque en la Tierra, nuestro núcleo de hierro gira para crear un escudo magnético conocido como nuestra magnetosfera alrededor del planeta, que protege la vida de la radiación solar mortal que sale de nuestro Sol.
“El descubrimiento de más de 4500 planetas extrasolares ha creado la necesidad de modelar su estructura y dinámica interior”, se lee en el resumen del estudio. “Dada la prominencia del hierro en los interiores de los planetas, requerimos propiedades físicas exactas y precisas a presiones y temperaturas extremas”.
Para llevar a cabo sus experimentos, los investigadores emplearon un conjunto de láseres de alta energía en la Instalación Nacional de Ignición para concentrarse en el punto de fusión del hierro hasta 1000 gigapascales, que según ellos es tres veces la presión que se encuentra en el núcleo interno de la Tierra.
Estas medidas permitieron al equipo modelar la "acción de dinamo" del hierro fundido, que es fundamental para la formación del escudo magnético. Y para su sorpresa, descubrieron que el escudo magnético de la Tierra no durará tanto como los de los planetas del tamaño de una súper Tierra.
"Encontramos que los exoplanetas terrestres con una masa de cuatro a seis veces la de la Tierra tienen las dínamos más largas", concluyeron los investigadores, "lo que proporciona un importante escudo contra la radiación cósmica".
Perspectiva: más lugares donde buscar vida extraterrestre
Muy pocos de los exoplanetas ya detectados por los astrónomos son similares en tamaño a la Tierra, poseen una composición material similar y existen dentro de las zonas habitables de su estrella anfitriona, lo que significa una altitud de órbita donde puede existir agua líquida en la superficie de ese planeta. Sin embargo, las súper-Tierras son mucho más comunes.
Entonces, a medida que el telescopio James Webb se acerca a su destino final donde comenzará a buscar el cosmos, los investigadores aquí en la Tierra están agregando a la lista de lugares potenciales para buscar extraterrestres, aparentemente aumentando las posibilidades de encontrar los primeros signos de vida afuera de nuestro planeta.
Modificado por orbitaceromendoza
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