Crédito de la imagen: John Rowe.
La búsqueda de planetas similares a la Tierra comienza con la búsqueda de estrellas similares al Sol. Se le pidió al astrónomo Maggie Turnbull que hiciera una breve lista de treinta estrellas candidatas que coincidían estrechamente con nuestro propio Sol de una lista total de 2.350 estrellas que están a cien años luz de nosotros. Esta breve lista, que incluye 37 Gemas, será utilizada por la misión Terrestrial Planet Finder, que buscará planetas habitables buscando la luz visible de oxígeno o agua en un planeta similar a la Tierra, un signo seguro de vida.
La trigésimo séptima estrella más occidental de la constelación, Géminis, es una estrella amarillo-naranja como nuestro propio sol. La estrella se llama 37 Geminorum, pero para la astrofísica Margaret Turnbull, la estrella es especial porque ofrece un estudio de caso para considerar qué podría calificar como un buen candidato para albergar planetas habitables.
Al construir su lista de estrellas que podrían soportar planetas con agua líquida y oxígeno, tiene que excluir los soles que son extremos: ya sean demasiado jóvenes o demasiado viejos, que giran demasiado rápido o que tienen un brillo lo suficientemente variable como para causar un caos climático en cualquier lugar. mundo cercano
A una distancia de 56.3 años luz de distancia, la estrella 37 Gem aún no ha mostrado signos reveladores de tener tales planetas, o cualquier otro planeta, pero los futuros telescopios de la NASA y europeos buscan apuntar a estrellas como 37 Gem, ya que podrían compartir algunas de las mismas propiedades que hicieron habitable nuestro propio sistema solar. Hasta ahora se han encontrado más de 100 planetas extrasolares utilizando telescopios terrestres, y las estimaciones del total de tales planetas en nuestra galaxia pueden sumar miles de millones de mundos candidatos.
Trabajando desde la Universidad de Arizona en Tucson, se le pidió a Maggie Turnbull que hiciera una breve lista de treinta candidatos estrella que se parecieran más a otros soles capaces de soportar las condiciones para que florezca la vida. Comenzar su búsqueda entre estrellas a menos de cien años luz de distancia arrojó unas 2.350 estrellas para considerar más.
Turnbull presentó recientemente sus resultados a un grupo de científicos del proyecto de telescopio espacial de la NASA, el Buscador de Planetas Terrestres (TPF), que buscará planetas habitables utilizando luz visible con la "firma" de agua y / u oxígeno de una Tierra. tipo planeta Después del lanzamiento programado de TPF alrededor de 2013, seguirá el proyecto europeo Darwin que involucra seis telescopios espaciales.
La lista estelar se redujo de una lista aún más grande (17.129 estrellas en 450 años luz, o 140 parsecs), que Turnbull y la asesora Jill Tarter del Instituto SETI publicaron por primera vez en Astrophysical Journal. La lista se conoció como el Catálogo de sistemas estelares habitables cercanos (o HabCat). Su artículo publicado en agosto, titulado "Selección de objetivos para SETI: I. Un catálogo de sistemas estelares habitables cercanos", amplió las listas de candidatos anteriores en casi diez veces, o un orden de magnitud.
Para soportar una vida compleja, una estrella candidata debe tener el color, el brillo y la edad adecuados. Si se trata de una estrella de mediana edad como la nuestra, se habrá quemado a través de suficientes elementos ligeros fusionables para producir metales más pesados como el hierro, pero no tan viejos como para colapsar o tan jóvenes que la vida es solo una perspectiva de futuro distante. Según los fragmentos que sabemos sobre la apariencia compleja de la vida en la Tierra, la búsqueda de Turnbull apunta a encontrar los "Ricitos de Oro" de las estrellas que parecen "perfectamente".
Entonces, ¿por qué 37 Gem?
37 Geminorum se encuentra en la parte noroeste de la constelación de Géminis, llamada así por los Gemelos. Para los astrónomos aficionados con un buen telescopio de jardín, 37 Gem es visible. En la mitología griega, los gemelos Géminis navegaron con Jason en la búsqueda del Vellocino de Oro; Durante una tormenta, los gemelos ayudaron a salvar su barco ARGO del hundimiento, por lo que la constelación fue muy valorada por los marineros.
La mayoría de las estrellas como Gema 37 se agrupan en un pequeño número de clases espectrales, basadas aproximadamente en el color de la luz que emiten. Llamado el Catálogo Henry Draper, el compendio de estrellas enumera las clases espectrales en siete amplias categorías, desde las estrellas más calientes hasta las más frescas. Estos tipos se designan, en orden de temperatura decreciente, con las letras O, B, A, F, G, K y M. La nomenclatura se basa en ideas obsoletas sobre la evolución estelar, pero la terminología permanece. Nuestro sol, clasificado en una escala más fina como un enano típico "G2V", tiene aproximadamente 4.500 millones de años. La estrella candidata, 37 Gem, es igualmente de mediana edad, pero algo mayor en mil millones de años, en 5.5 mil millones de años.
Los espectros de estrellas tipo G como la nuestra (y 37 Gem) están dominados por ciertos elementos químicos, como lo indican sus líneas espectrales (o emisiones) características. Los elementos de mayor interés actual son los metales, particularmente para las firmas de estrellas ricas en hierro, calcio, sodio, magnesio y titanio. En términos astronómicos, en comparación con la clasificación de nuestro sol como un enano G2V típico, 37 Gem tiene una temperatura superficial ligeramente más alta. Por lo tanto, la elección principal de Turnbull –37 Gem– está catalogada como una enana G0V, lo que significa que también es una estrella enana de secuencia principal amarillo-naranja. Debido a que las estrellas G se caracterizan por la presencia de estas líneas metálicas y un espectro de hidrógeno débil, comparten una edad, masa y luminosidad comunes.
De lo contrario, 37 Gem está cerca de nuestro propio gemelo solar, o una contraparte similar al Géminis del Sol: 1.1 veces la masa de nuestro sol, 1.03 veces su diámetro y 1.25 veces su luminosidad.
Las luminosidades son "quizás la información más importante", dijo Turnbull a la revista Astrobiology, "utilizamos para determinar la habitabilidad de las estrellas cercanas" para la vida compleja, porque la luminosidad indica en qué fase de la vida se encuentra la estrella, y eso a su vez dicta cuánto tiempo La estrella se mantendrá estable.
Astrobiology Magazine tuvo la oportunidad de hablar con Maggie Turnbull en el Steward Observatory en Tucson sobre cómo seleccionar candidatos estelares para la habitabilidad.
Revista Astrobiología (AM): Su encuesta reciente comenzó a mirar a unos 100 años luz de distancia de nuestro Sol, y todas las estrellas hacia adentro desde ese radio, ¿correcto? ¿Esa fue la esfera visual para comenzar la búsqueda?
Margaret Turnbull (MT): Hay alrededor de 2,350 estrellas Hipparcos dentro de 30 parsecs (90 luz
años), la distancia máxima para la misión Terrestrial Planet Finder (TPF). Hay alrededor de 5,000 estrellas en total dentro de esa distancia, pero solo estamos mirando las estrellas de Hipparcos, por lo que mi lista inicial es de 2,350 estrellas.
A.M: ¿Alguna vez has conseguido un telescopio para ver 37 Gem?
MONTE: Sin duda debería ser visible con un telescopio de jardín, pero no, ¡no lo he mirado con mis propios ojos! Debido a la fotometría (que mide su brillo) y la espectroscopia (que mide su composición) que he observado, siento que lo "conozco" sin haberlo visto nunca.
Sin embargo, hay más observación por hacer para 37 Gem. Por ejemplo, necesitamos llevar a cabo imágenes infrarrojas de alta resolución de esta estrella antes de poder decir que debería ser un objetivo; si descubrimos que hay muchos escombros flotando, tendremos que sacarlo de la lista.
A.M: ¿Era la estrella, 37 Gem, muy diferente del número dos en la lista de los treinta mejores candidatos?
MONTE: En realidad, las "mejores" estrellas son muy similares entre sí, y en realidad no tiene mucho sentido tratar de clasificarlas. 37 Gema es una de las estrellas más cercanas que también cumple con los criterios de ingeniería, por lo que en este momento parece un muy buen candidato para la búsqueda de TPF.
A.M: Solo por curiosidad, ¿qué estrella fue oficialmente número dos en la lista?
MONTE: Cuando solo vas a mirar treinta estrellas, será mejor que sean "número uno". Es decir, cada estrella que observamos debe ser de interés principal para la misión, porque no tenemos tiempo que perder. Todavía estamos en el proceso de definir con precisión el objetivo principal de la misión.
Si el objetivo es observar el rango de tipos espectrales, entonces las estrellas superiores pueden incluir estrellas K o M muy cercanas, pero si el objetivo es observar 30 de las estrellas más similares al Sol, entonces estrellas como 18 Sco (un solar gemelos a 14 parsecs en Constellation Scorpius), beta CVn (el "sabueso") o 51 Peg ("Pegasus", el caballo volador) pueden terminar siendo nuestras mejores apuestas.
A.M: ¿Hay uno o dos datos faltantes que ayudarían a la clasificación a perfeccionarse mejor en los candidatos estrella?
MONTE: En este momento, las imágenes infrarrojas de alta resolución son los datos faltantes que definitivamente necesitamos. Necesitamos saber si estas estrellas tienen discos de escombros polvorientos que dificultarían la detección de planetas que orbitan allí.
El Sol tiene una cantidad sustancial de polvo zodiacal porque Júpiter agita constantemente el cinturón de asteroides y cuando los asteroides chocan, agregan polvo al Sistema Solar.
Es posible que un nivel similar de polvo alrededor de otras estrellas no arruine nuestras posibilidades de ver planetas, pero ciertamente nos gustaría mantenerlo al mínimo.
A.M: ¿Cuáles son sus planes futuros para la lista estelar en apoyo de las misiones Terrestre Planet Finder y Darwin?
MONTE: Todavía no he presentado mi lista "final" al grupo de trabajo científico de TPF el 18 y 19 de noviembre en el Observatorio Naval de EE. UU., Durante una reunión con otros que están creando sus propias listas.
Ya presenté mi metodología al grupo, pero ahora nos reuniremos con ingenieros que nos explicarán las limitaciones del instrumento y tendremos que refinar aún más la lista para acomodar sus criterios.
Sus criterios incluirán cosas como: no puede tener una estrella compañera dentro de varios segundos de arco incluso si la compañera no es una preocupación para la estabilidad del planeta, porque la luz adicional contaminará el campo de visión; no puede mirar las estrellas más débiles que alrededor de la sexta magnitud; solo puede mirar las estrellas al menos a ~ 60 grados del Sol durante todo el año, etc.
A.M: Publicó su primer catálogo de estrellas habitables en agosto de este año, y hay una segunda parte en esa clasificación. ¿Cuáles son los principales planes para la Parte II de HabCat?
MONTE: Jill Tarter y yo recientemente enviamos un segundo artículo sobre la lista de objetivos de SETI que aparecerá en los Suplementos de Astrophysical Journal en diciembre. Este documento ofrece una lista de cúmulos abiertos antiguos de alta metalicidad, las 100 estrellas más cercanas, independientemente del tipo estelar, y alrededor de 250,000 estrellas de secuencia principal del Catálogo Tycho, todo lo cual será observado por el Allen Telescope Array (ATA) cada vez que un HabCat La estrella no está disponible para que la observemos.
El rayo ATA primario será señalado por radioastrónomos, y harán mapas de muy alta resolución de sus propios objetivos, mientras que al mismo tiempo observaremos estrellas HabCat (o estrellas de nuestras listas en el Documento 2) para SETI.
A.M: Finalmente, ¿las misiones, Kepler y TPF, planean los tipos de mejoras que darían lugar a la detección de más planetas del tamaño de la Tierra, no solo gigantes gaseosos, para una estrella dada en sus encuestas?
MONTE: Si. Kepler nos dará una indicación de cuán comunes son los planetas terrestres al observar miles de estrellas similares al sol en busca de "tránsitos", eventos en los que el planeta realmente pasa frente a la estrella en órbita y bloquea temporalmente un poco de la luz de la estrella.
Terrestrial Planet Finder hará un seguimiento de esto al tomar imágenes de los planetas que orbitan alrededor de las estrellas más cercanas y nos dirá si estos planetas tienen atmósferas al tomar espectros.
Podemos buscar agua, oxígeno y dióxido de carbono, y si tenemos suerte, incluso podemos ver algunas indicaciones directas de la vida en forma de una firma de vegetación o un fuerte desequilibrio atmosférico, como la presencia simultánea de oxígeno y metano (debido a la presencia simultánea de plantas y bacterias metanogénicas en la Tierra).
Que sigue
Cualquier misión para detectar y caracterizar espectroscópicamente planetas terrestres alrededor de otras estrellas debe diseñarse de modo que pueda detectar diversos tipos de planetas terrestres con un resultado útil. Dichas misiones están ahora en estudio: el Buscador de Planetas Terrestres (TPF), de la NASA, y Darwin, de la ESA, la Agencia Espacial Europea. El objetivo principal de TPF / Darwin es proporcionar datos a los biólogos y químicos atmosféricos.
El concepto TPF / Darwin depende de la suposición de que uno puede detectar planetas extrasolares para determinar su habitabilidad espectroscópicamente. Para que tal suposición sea válida, debemos responder las siguientes preguntas. ¿Qué hace que un planeta sea habitable y cómo se pueden estudiar de forma remota? ¿Cuáles son los diversos efectos que la biota podría ejercer sobre los espectros de las atmósferas planetarias? ¿Qué falsos positivos podemos esperar? ¿Cuáles son las historias evolutivas de las atmósferas que probablemente sean? Y, especialmente, ¿cuáles son los indicadores robustos de la vida?
TPF / Darwin debe examinar las estrellas cercanas en busca de sistemas planetarios que incluyan planetas de tamaño terrestre en sus zonas habitables (planetas "similares a la Tierra"). A través de la espectroscopía, TPF / Darwin debe determinar si estos planetas tienen atmósferas y establecer si son habitables.
La misión Kepler también está programada para su lanzamiento a la órbita solar en octubre de 2006. Kepler está destinada a determinar la frecuencia de los planetas interiores cerca de la zona habitable de una amplia gama de estrellas. Kepler observará simultáneamente 100,000 estrellas en nuestro "vecindario" galáctico, buscando planetas del tamaño de la Tierra o más grandes dentro de la "zona habitable" alrededor de cada estrella: la zona no demasiado caliente ni demasiado fría donde podría existir agua líquida en un planeta.
Para resaltar la dificultad de detectar un planeta del tamaño de la Tierra que orbita una estrella distante, el investigador principal de Kepler, William Borucki de la NASA Ames, señala que se necesitarían 10,000 Tierras para cubrir el disco del Sol. Una estimación de la NASA dice que Kepler debería descubrir 50 planetas terrestres si la mayoría de los encontrados son del tamaño de la Tierra, 185 planetas si la mayoría son 30 por ciento más grandes que la Tierra y 640 si la mayoría son 2,2 veces el tamaño de la Tierra. Además, se espera que Kepler encuentre casi 900 planetas gigantes cerca de sus estrellas y alrededor de 30 gigantes orbitando a distancias similares a Júpiter de sus estrellas madre.
Debido a que la mayoría de los planetas gigantes gaseosos que se encuentran hasta ahora orbitan mucho más cerca de sus estrellas que Júpiter del Sol, Borucki cree que durante la misión de cuatro a seis años, Kepler encontrará una gran proporción de planetas bastante cerca de las estrellas. Si eso es cierto, dice: "Esperamos encontrar miles de planetas".
Usando los métodos actuales, a los astrónomos de hoy les sería muy difícil detectar un planeta del tamaño de la Tierra alrededor de la estrella 37 Gem. Sin embargo, análisis anteriores han descartado algunas opciones. Por ejemplo, un planeta gigante como nuestro propio Júpiter o Saturno no orbita alrededor de 37 Gem. Estos estudios han sugerido que los planetas gigantes de una décima a 10 veces la masa de Júpiter no existen cerca de 37 Gem (dentro de 0.1 a cuatro unidades astronómicas, o una distancia tierra-sol, UA, ver también Cummings et al, 1999) . Debido a los desafíos de encontrar planetas tenues cerca de estrellas mucho más brillantes, casi todos los planetas extrasolares encontrados hasta ahora son como nuestro propio Júpiter: masivos, probablemente gaseosos, y es poco probable que alberguen condiciones para la vida debido a su proximidad a una estrella madre. .
Pero las condiciones alrededor de 37 Gem podrían soportar planetas internos más pequeños como Venus o la Tierra. Nadie sabe. Solo las encuestas futuras tendrán la instrumentación capaz de encontrar tales planetas similares a la Tierra.
Sin embargo, los modelos de estrellas como 37 Gem apoyan la posible existencia de al menos una órbita estable para un planeta similar a la Tierra (con agua líquida) centrado alrededor de una distancia tierra-sol (1.12 UA). Tal presunto planeta orbitaría entre las distancias de la Tierra y Marte en nuestro Sistema Solar. Este planeta no descubierto, si se puede detectar en futuros estudios, tendría un año que dura más de 450 días, o un período orbital de alrededor de 1.3 años terrestres.
Dado que la vida generadora de oxígeno en la Tierra tardó aproximadamente dos mil millones de años en establecerse, las estrellas mucho más jóvenes probablemente no habrían tenido suficiente tiempo para que la vida evolucione hacia formas complejas. Dados los miles de millones de años necesarios para la evolución de la vida en la Tierra, los científicos podrían cuestionar si la vida tendría una oportunidad en un sistema solar de vida más corta. Las estrellas más calientes y masivas siempre se han considerado menos propensas a albergar vida, pero no porque estarían demasiado calientes. Los planetas aún podrían disfrutar de climas templados, justo más lejos que la Tierra del Sol, y en órbitas más alejadas de su propia estrella madre. El primer problema de habitabilidad es uno de tiempo, no de temperatura. Las estrellas más calientes tienden a quemarse más rápido, tal vez demasiado rápido para que la vida se desarrolle allí.
Fuente original: Revista Astrobiología
