Buscando planetas habitables en nuestro vecindario con TESS

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por Néstor Espinoza*

La Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) es la próxima gran misión buscadora de planetas, que será lanzada por SpaceX si las condiciones lo permiten en alrededor de dos semanas (siendo el 16 de Abril la fecha más probable). TESS tiene un objetivo increíblemente ambicioso: tratar de encontrar planetas extrasolares -planetas fuera de nuestro Sistema Solar- observando (casi) todas las estrellas brillantes del cielo. En esta columna, intentaré explicar cómo será esta misión, por qué revolucionará nuestro conocimiento de mundos cercanos a nuestro planeta, y cómo los astrónomos nos estamos preparando para descifrar los misterios que esta misión develará.

Si ud. es un fanático de la astronomía y, en particular, de la búsqueda de planetas fuera de nuestro Sistema Solar, muy probablemente se habrá enterado de los grandes descubrimientos de la misión Kepler: más de 3000 exoplanetas nuevos, descubiertos gracias a este pequeño gigante telescopio espacial. Si bien Kepler ha sido una misión importantísima para ayudarnos a entender cuán comunes son los planetas allá afuera, permitiéndonos descubrir, por ejemplo, que planetas más grandes que la Tierra, pero más chicos que Neptuno son, de hecho, los más comunes en la galaxia, dejando a nuestro Sistema Solar como el bicho raro del vecindario al no tener un planeta con esas características en nuestro sistema, esta misión solo detectó planetas en una región pequeña del cielo, usualmente orbitando estrellas lejanas (y, por tanto, no muy brillantes desde nuestra perspectiva en la Tierra) de manera que eran difíciles de seguir con nuestros telescopios terrestres.

Lo anterior ha complicado bastante nuestro entendimiento detallado de cómo estos planetas se forman y de qué están compuestos, principalmente por dos razones. La primera es que el método que usó Kepler para descubrir planetas es el llamado “método de tránsitos” (que ya explicamos hace un buen tiempo, en esta columna), en el que se buscan cambios aparentes en el brillo de una estrella producidos cuando el (o los) planetas eclipsan la misma, tal como se ve en este gráfico:

Figura 1. Tránsito de un exoplaneta frente a su estrella. Créditos: https://community.dur.ac.uk/physics.astrolab/exoplanets.html

Este cambio de brillo, a su vez, nos da información sobre el tamaño (e.g., el radio) del planeta, pero usualmente no nos dice nada sobre su masa. Esto es crítico para entender su composición: con solo el radio de un planeta este podría ser una bola de hierro, de agua o de gas… y no tenemos cómo saberlo. Esto es crítico para entender, por ejemplo, cuán común es el agua en planetas pequeños, cuándo se produce exactamente la transición entre planetas gaseosos y rocosos, etc. Para medir masas, necesitamos ocupar telescopios terrestres, pero al ser las estrellas que observó Kepler poco brillantes desde nuestra perspectiva en la Tierra, nuestros telescopios tienen dificultades observándolas pues la información que nos llega es muy difícil de descifrar con nuestros instrumentos. La segunda razón es que la misión Kepler fue diseñada para descubrir planetas como el nuestro, orbitando estrellas como el Sol. El problema es que estrellas como el Sol son muy grandes y hacen difícil el estudio de las atmósferas de estos planetas, lo que se hace mas fácil con estrellas más pequeñas.

Aquí es donde entra TESS a la película, la nueva misión de la NASA liderada por científicos del MIT. La idea de esta nueva misión es observar (casi) todo el cielo, enfocándose principalmente (pero no únicamente) en las estrellas más brillantes y más pequeñas, permitiéndonos descubrir planetas alrededor de estrellas cercanas que son, en principio, perfectas para mediciones de masas y atmósferas de exoplanetas. La misión está preparada para lanzarse el próximo 16 de Abril, y observará estrellas del hemisferio sur primero, permitiéndonos descubrir planetas alrededor de estrellas que podremos ver a ojo desnudo desde Chile, por ejemplo. La forma en la que trabaja TESS es bastante simple: el satélite esta equipado con cuatro cámaras, y observa regiones del cielo en pedazos que yo denomino — muy profesionalmente — “mitades de gajos de mandarina”, tal como se ve en esta figura (la imagen del medio indica, en azul, la zona que cubren las cámaras de TESS en cada observación):

Figura 2: Diagrama de las observaciones de TESS. Créditos: Ricker e

Así, TESS mirará por alrededor de un mes todas las estrellas de una región (de cada mitad de gajo de mandarina), midiendo precisamente el brillo de todas las estrellas en ella cada media hora (y dos minutos para un subconjunto de estrellas previamente seleccionadas), buscando estos decrementos de brillo debido a planetas pasando frente a estas estrellas. Después de un mes, las cámaras se mueven a la zona de al lado, y así. Este proceso se repite 13 veces, hasta que completa un hemisferio. Luego de un año, TESS se moverá a observar el hemisferio norte de la misma manera, lo que tomará otro año. En total, la misión principal de TESS está prevista dure dos años: solo ese periodo de timepo le va a tomar observar todo el cielo.

La cantidad de planetas que esperamos TESS descubra es una locura: cerca de 20.000 planetas nuevos, con un gran porcentaje de estos siendo perfectos para que nuestros telescopios (terrestres y espaciales, presentes y futuros) midan sus masas y detecten sus atmósferas. Dentro de estos nuevos planetas, se espera cerca de 70 nuevos exoplanetas sean del tamaño de la Tierra o más pequeños, con un buen porcentaje de estos en la zona habitable de sus estrellas (que no es lo mismo que decir que los planetas son perfectos para la vida (esto también lo explicamos en una columna hace algún tiempo), la gran mayoría a distancias de no más de 200 años luz de la Tierra -en términos astronómicos, “a la vuelta de la esquina”-. TESS, en otras palabras, muy probablemente descubrirá los planetas que tienen, quizá, el mayor potencial para la vida orbitando estrellas cercanas. Un verdadero sueño hecho realidad.

Los astrónomos estamos expectantes. TESS liberará un montón de datos con los cuales trabajaremos por los siguientes años, copando nuestras agendas, computadores y telescopios. Pero estamos preparados: nos hemos entrenado por años en esto de descubrir planetas, justamente teniendo en mente a la era de TESS como una de las más revolucionadoras en términos de la búsqueda de exoplanetas. Es difícil, como astrónomo, darse cuenta que esa era, tal como esos exoplanetas habitables que TESS podrá descubrir, está “a la vuelta de la esquina”. La expectación en la comunidad astronómica es gigante. El potencial de la misión para cambiar la perspectiva de nuestro lugar en el universo es, por otro lado, inimaginable.

Referencias:

  1. The Transiting Exoplanet Survey Satellite (Ricker et al., 2014; https://arxiv.org/abs/1406.0151).
  2. The Transiting Exoplanet Survey Satellite: Simulations of planet detections and astrophysical false positives (Sullivan et al., 2015; 2017; https://arxiv.org/abs/1506.03845).

*Néstor Espinoza –  Astrónomo, Doctor en Astrofísica e Investigador del Max-Planck-Institut für Astronomie”. – twitter @nespinozap

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