El satélite de estudio de tránsito de exoplanetas de la NASA (TESS) descubrió su primer planeta del tamaño de la Tierra en la zona habitable de su estrella, el rango de distancias donde las condiciones pueden ser las adecuadas para permitir la presencia de agua líquida en la superficie. Los científicos confirmaron el hallazgo, llamado TOI 700 d, utilizando el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA y han modelado los entornos potenciales del planeta para ayudar a informar futuras observaciones.
TOI 700 d es uno de los pocos planetas del tamaño de la Tierra descubierto hasta ahora en la zona habitable de una estrella. Otros incluyen varios planetas en el sistema TRAPPIST-1 y otros mundos descubiertos por el telescopio espacial Kepler de la NASA .
«TESS fue diseñado y lanzado específicamente para encontrar planetas del tamaño de la Tierra que orbitan estrellas cercanas», dijo Paul Hertz, director de la división de astrofísica en la sede de la NASA en Washington. «Los planetas alrededor de las estrellas cercanas son más fáciles de seguir con telescopios más grandes en el espacio y en la Tierra. Descubrir TOI 700 d es un hallazgo científico clave para TESS. Confirmar el tamaño del planeta y el estado de la zona habitable con Spitzer es otra victoria para Spitzer a medida que se acerca. el fin de las operaciones científicas este enero «.
📣Discovery Alert!📣
Meet three new exoplanets discovered by @NASA_TESS. One of the planets, TOI 700 d, is an Earth-sized🌍 world in its star’s habitable zone (where liquid water💧 *could* exist on the surface).
👋TOI 700 b, c & d! We see you.https://t.co/92PlSDNnVQ pic.twitter.com/DCI5ySj7OY
— NASA Exoplanets (@NASAExoplanets) 7 de enero de 2020
TESS monitorea grandes franjas del cielo, llamadas sectores, durante 27 días a la vez. Esta larga mirada permite al satélite rastrear los cambios en el brillo estelar causados por un planeta en órbita que cruza frente a su estrella desde nuestra perspectiva, un evento llamado tránsito.
TOI 700 es una estrella enana M pequeña y fría ubicada a poco más de 100 años luz de distancia en la constelación del sur Dorado . Es aproximadamente el 40% de la masa y el tamaño del Sol y aproximadamente la mitad de su temperatura superficial. La estrella aparece en 11 de los 13 sectores que TESS observó durante el primer año de la misión, y los científicos tomaron múltiples tránsitos en sus tres planetas.
La estrella fue clasificada originalmente erróneamente en la base de datos TESS como más similar a nuestro Sol, lo que significaba que los planetas parecían más grandes y más calientes de lo que realmente son. Varios investigadores, incluido Alton Spencer, un estudiante de secundaria que trabaja con miembros del equipo TESS, identificaron el error.
«Cuando corregimos los parámetros de la estrella, los tamaños de sus planetas cayeron, y nos dimos cuenta de que el más externo era aproximadamente del tamaño de la Tierra y en la zona habitable», dijo Emily Gilbert, una estudiante graduada de la Universidad de Chicago . «Además, en 11 meses de datos no vimos destellos de la estrella, lo que mejora las posibilidades de que TOI 700 d sea habitable y facilita modelar sus condiciones atmosféricas y de superficie».
Gilbert y otros investigadores presentaron los hallazgos en la 235ª reunión de la American Astronomical Society en Honolulu, y tres documentos, uno de los cuales dirigió Gilbert, se han enviado a revistas científicas.
El planeta más interno, llamado TOI 700 b, es casi exactamente del tamaño de la Tierra, es probablemente rocoso y completa una órbita cada 10 días. El planeta central, TOI 700 c, es 2.6 veces más grande que la Tierra, entre los tamaños de la Tierra y Neptuno, orbita cada 16 días y es probable que sea un mundo dominado por los gases. TOI 700 d, el planeta más externo conocido en el sistema y el único en la zona habitable, mide un 20% más grande que la Tierra, orbita cada 37 días y recibe de su estrella el 86% de la energía que el Sol proporciona a la Tierra. Se cree que todos los planetas están bloqueados por mareas a su estrella, lo que significa que giran una vez por órbita para que un lado esté constantemente bañado por la luz del día.
Un equipo de científicos dirigido por Joseph Rodriguez, astrónomo del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian en Cambridge, Massachusetts, solicitaron observaciones de seguimiento con Spitzer para confirmar TOI 700 d.
«Dado el impacto de este descubrimiento, que es el primer planeta del tamaño de la Tierra de la zona habitable de TESS, realmente queríamos que nuestra comprensión de este sistema fuera lo más concreta posible», dijo Rodríguez. «Spitzer vio el tránsito de TOI 700 d exactamente cuando lo esperábamos. Es una gran adición al legado de una misión que ayudó a confirmar dos de los planetas TRAPPIST-1 e identificar cinco más».
Los datos de Spitzer aumentaron la confianza de los científicos de que TOI 700 d es un planeta real y agudizaron sus mediciones de su período orbital en un 56% y su tamaño en un 38%. También descartó otras posibles causas astrofísicas de la señal de tránsito, como la presencia de una estrella compañera más pequeña y tenue en el sistema.
Rodríguez y sus colegas también utilizaron observaciones de seguimiento de un telescopio terrestre de 1 metro en la red global del Observatorio Las Cumbres para mejorar la confianza de los científicos en el período orbital y el tamaño de TOI 700 c en un 30% y 36%, respectivamente.
Debido a que TOI 700 es brillante, cercano y no muestra signos de destellos estelares, el sistema es un candidato ideal para mediciones de masa precisas por parte de los observatorios terrestres actuales. Estas mediciones podrían confirmar las estimaciones de los científicos de que los planetas interior y exterior son rocosos y que el planeta central está hecho de gas.
Las misiones futuras pueden identificar si los planetas tienen atmósferas y, de ser así, incluso determinar sus composiciones.
Si bien se desconocen las condiciones exactas en TOI 700 d, los científicos pueden usar información actual, como el tamaño del planeta y el tipo de estrella que orbita, para generar modelos de computadora y hacer predicciones. Los investigadores del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, modelaron 20 entornos potenciales de TOI 700 d para evaluar si alguna versión daría lugar a temperaturas y presiones superficiales adecuadas para la habitabilidad.
Sus modelos climáticos en 3D examinaron una variedad de tipos de superficie y composiciones atmosféricas típicamente asociadas con lo que los científicos consideran mundos potencialmente habitables. Debido a que TOI 700 d está bloqueado por mareas a su estrella, las formaciones de nubes y los patrones de viento del planeta pueden ser notablemente diferentes de los de la Tierra.
Una simulación incluyó un TOI 700 d cubierto por el océano con una densa atmósfera dominada por dióxido de carbono similar a lo que los científicos sospechan que rodeaba Marte cuando era joven. La atmósfera modelo contiene una capa profunda de nubes en el lado orientado hacia las estrellas. Otro modelo representa a TOI 700 d como una versión de la Tierra moderna sin nubes y en toda la Tierra, donde los vientos fluyen lejos del lado nocturno del planeta y convergen en el punto directamente frente a la estrella.
Cuando la luz de las estrellas atraviesa la atmósfera de un planeta, interactúa con moléculas como el dióxido de carbono y el nitrógeno para producir señales distintas, llamadas líneas espectrales. El equipo de modelado, dirigido por Gabrielle Englemann-Suissa, asistente de investigación visitante de la Asociación de Investigación Espacial de las Universidades en Goddard, produjo espectros simulados para las 20 versiones modeladas de TOI 700 d.
«Algún día, cuando tengamos espectros reales de TOI 700 d, podemos dar marcha atrás, unirlos al espectro simulado más cercano y luego unirlo a un modelo», dijo Englemann-Suissa. «Es emocionante porque no importa lo que descubramos sobre el planeta, se verá completamente diferente de lo que tenemos aquí en la Tierra».
TESS es una misión del Explorador de Astrofísica de la NASA dirigida y operada por el MIT en Cambridge, Massachusetts, y administrada por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. Los socios adicionales incluyen Northrop Grumman, con sede en Falls Church, Virginia; Centro de Investigación Ames de la NASA en el Silicon Valley de California; el Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica en Cambridge, Massachusetts; Laboratorio Lincoln del MIT; y el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore. Más de una docena de universidades, institutos de investigación y observatorios de todo el mundo participan en la misión.
El Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena, California, administra la misión del Telescopio Espacial Spitzer para la Dirección de Misión Científica de la NASA en Washington. Las operaciones científicas se llevan a cabo en el Centro de Ciencias Spitzer en Caltech en Pasadena. Las operaciones espaciales se basan en Lockheed Martin Space en Littleton, Colorado. Los datos se archivan en el Infrared Science Archive ubicado en IPAC en Caltech. Caltech gestiona JPL para la NASA.
El trabajo de modelado fue financiado a través de Sellers Exoplanet Environments Collaboration en Goddard, una colaboración multidisciplinaria que reúne a expertos para construir modelos informáticos integrales y sofisticados para analizar mejor las observaciones actuales y futuras de exoplanetas.
