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El cielo del mes

Misión Kepler de la NASA confirma su primer planeta en zona habitable de estrellas similares al Sol

La misión Kepler de la NASA ha confirmado su primer planeta en la "zona habitable", la región donde el agua líquida podría existir en la superficie del planeta. Kepler también ha descubierto más de 1.000 candidatos a planetas nuevos, casi duplicando su número previamente conocido. Diez de estos candidatos son cercanos a la Tierra en tamaño y la órbita en la zona habitable de su estrella anfitriona. Los candidatos requieren observaciones de seguimiento para verificar que son planetas reales.

El planeta recién confirmado, Kepler-22b, es el más pequeño encontrado hasta ahora con una órbita en el centro de la zona habitable de una estrella similar a nuestro sol. El planeta tiene aproximadamente 2,4 veces el radio de la Tierra. Los científicos aún no saben si Kepler-22b tiene una composición predominantemente rocosa, gaseosa o líquida, pero su descubrimiento es un paso más para encontrar planetas como la Tierra.

Esta concepción artística ilustra Kepler-22b. Es el primer planeta que la misión Kepler de la NASA ha confirmado la órbita en la zona habitable de una estrella (la región alrededor de una estrella donde el agua líquida, un requisito para la vida en la Tierra, podría persistir). El planeta es 2,4 veces el tamaño de la Tierra, por lo que es el más pequeño encontrado hasta ahora en el centro de la zona habitable de una estrella como nuestro sol. Los científicos aún no saben si el planeta es predominantemente rocoso, es de composición gaseosa o líquida. Es posible que el mundo tenga nubes en su atmósfera, como se muestra aquí en la interpretación del artista.
Crédito: NASA / Ames / JPL-Caltech

La investigación anterior sugirió la existencia de planetas cercanos al tamaño de la Tierra en zonas habitables, pero la confirmación clara resultó difícil de alcanzar. Otros dos planetas pequeños que orbitan estrellas más pequeñas y frías que nuestro Sol se han confirmado recientemente en los bordes de la zona habitable, con órbitas más muy parecidas a las de Venus y Marte.

"Este es un hito importante en el camino a la búsqueda de la Tierra gemela", dijo Douglas Hudgins, científico del programa Kepler de la NASA en Washington. "Los resultados de Kepler siguen demostrando la importancia de las misiones científicas de la NASA, cuyo objetivo es responder a algunas de las preguntas más importantes acerca de nuestro lugar en el universo."

Kepler-22b - Comfortably Dando vueltas en la zona habitable

Este diagrama compara nuestro sistema solar con el de Kepler-22, un sistema estelar que contiene el primer planeta descubierto por la misisón Kepler de la NASA en la "zona habitable". La zona habitable es el punto óptimo alrededor de una estrella donde las temperaturas son adecuadas para que exista agua en estado líquido. El agua líquida es esencial para la vida en la Tierra. La estrella Kepler-22 es un poco más pequeña que nuestro Sol, por lo que su zona habitable está ligeramente más cerca. En el diagrama se muestra la representación del planeta orbitando cómodamente dentro de la zona habitable, al igual que la Tierra y su órbita alrededor del sol. Kepler-22b tiene una órbita anual de 289 días. El planeta es el más pequeño conocido con una órbita en el centro de la zona habitable de una estrella similar al Sol. Se trata de 2,4 veces el tamaño de la Tierra.
Crédito: NASA / Ames / JPL-Caltech

Kepler descubre planetas y planetas candidatos por caídas de medición en el brillo de más de 150.000 estrellas en búsqueda de planetas que cruzan por delante, o "de tránsito", de las estrellas. Kepler requiere por lo menos tres tránsitos para verificar la señal de un planeta. "La fortuna nos sonrió con la detección de este planeta", dijo William Borucki, investigador principal de Kepler en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Moffett Field, California, quien dirigió el equipo que descubrió Kepler-22b. "El primer tránsito fue capturado tan sólo tres días después de declarar a la sonda operativamente preparada. Fuimos testigos de la definición del trecer tránsito en la temporada navideña de 2010." El equipo científico de Kepler utiliza los telescopios terrestres y el Telescopio Espacial Spitzer para revisar las observaciones de planetas candidatos que la sonda espacial encuentra. El campo de estrellas que Kepler observa en las constelaciones de Cygnus y Lyra sólo puede ser visto desde observatorios terrestres en la primavera hasta principios de otoño. Los datos de estas otras observaciones ayudan a determinar qué candidatos se pueden validar como planetas

Kepler-22b se encuentra a 600 años luz de distancia. Mientras que el planeta es más grande que la Tierra, su órbita de 290 días alrededor de una estrella similar al Sol se asemeja a la de nuestro mundo. La estrella del planeta anfitrión pertenece a la misma clase que nuestro sol, llamada tipo G, aunque es ligeramente más pequeña y fría.

De los 54 candidatos de planetas en la zona habitable que informó en febrero de 2011, Kepler-22b es el primero en ser confirmado. Esta noticia se publicará en The Astrophysical Journal. El equipo de Kepler llevará a cabo su conferencia inaugural de la ciencia en Ames entre del 5 al 9 de diciembre, al anunciar 1.094 nuevos descubrimientos de candidatos a planeta. Desde el último catálogo que fue publicado en febrero, el número de planetas candidatos identificados por Kepler se ha incrementado en un 89 por ciento y asciende actualmente a 2.326. De estos, 207 son aproximadamente del tamaño de la Tierra, 680 son SuperTierras, 1.181 son del tamaño de Neptuno, 203 son del tamaño de Júpiter y 55 son más grandes que Júpiter.

Los resultados, basados ??en observaciones realizadas desde mayo de 2009 hasta septiembre de 2010, muestran una aumento drástico incremento en el número de candidatos a planeta de menor tamaño. Kepler observó numerosos planetas gigantes en órbitas pequeñas al comienzo de su misión, que se reflejaron en el comunicado de datos de febrero. Después de haber tenido tiempo suficiente para poder observar tres tránsitos de planetas con periodos orbitales más largos, los nuevos datos sugieren que los planetas de una a cuatro veces el tamaño de la Tierra pueden ser abundantes en la galaxia. El número planetas del tamaño de la Tierra y candidatos con tamaño superior al de la Tierra ha aumentado por más de 200 y 140 por ciento desde febrero, respectivamente.

Hay 48 candidatos a planetas en la zona habitable de su estrella. Si bien esto es una disminución de los 54 reportados en febrero, el equipo de Kepler se ha aplicado una definición más estricta de lo que constituye una zona habitable en el nuevo catálogo, para tener en cuenta el efecto de calentamiento de la atmósfera, lo cual podría mover la zona hacia una franja más lejos de la estrella, hacia periodos orbitales más largos.

"El tremendo crecimiento en el número de candidatos del tamaño de la Tierra nos dice que nos acercamos a la detección de planetas para los que Kepler fue diseñado: ??los que no sólo son tamaño de la Tierra, sino que también son potencialmente habitables", dijo Natalie Batalha, vicedirectora del equipo científico en la Universidad Estatal de San José en San José, California. "Cuantos más datos recopilemos, más fino se hará nuestro ojo para encontrar los planetas más pequeños en periodos orbitales más largos ".


Kepler 22-b

Destaca entro los más de 600 exoplanetas confirmados hasta el momento por su reducido radio (2.2 veces el de la Tierra), su periodo orbital (290 días, algo menos que un año terrestre), su estrella central (bastante parecida al Sol) y, sobre todo, por estar localizado a una distancia que hace que la temperatura superficial pudiera permitir la existencia de agua en estado líquido (el planeta está en la denominada “ zona de habitabilidad ”). De  hecho, los modelos indican que en realidad estaríamos ante un planeta con un núcleo rocoso, y con un inmenso océano de una gran profundidad, cientos o miles de kilométros (por comparación, el punto más profundo en un océano terrestre está a solo 11 kilómetros de la superficie), con una presión extraordinariamente alta. Este impresionante océano cubriría toda la superficie del planeta, que, por tanto, carecería de  continentes. Cuando se tiene en cuenta la masa total del planeta, es probable incluso que la mayor parte del planeta sea eso: agua en estado líquido. Debido a que no se ha establecido todavía su masa, la composición del planeta, que se determina por métodos indirectos, no se conoce.

Las líneas de distintos colores corresponden a diferentes composiciones: cuanto más abajo del diagrama, mayor es la densidad de los compuestos que dominan. Kepler-22b tiene un radio muy bien determinado, mediante el método de los tránsitos y el uso de curvas de luz (cómo varía la luminosidad de la estrella central con el tiempo). La masa no se conoce, pero su valor máximo debe ser inferior a unas 32 veces la masa de la Tierra. Por tanto, la composición más probable es agua y material rocoso. Al estar en la zona de habitabilidad, el agua estaría en estado líquido.



La zona de habitabilidad

Zona habitable esperable para estrellas con luminosidad distinta a nuestro Sol.

En astrofísica la zona de habitabilidad estelar es una estrecha región circunstelar en donde, de encontrarse ubicado un planeta (o satélite) rocoso con una masa comprendida entre 0,6 y 10 masas terrestres y una presión atmosférica superior a los 6,1 mb correspondiente al punto triple del agua, la luminosidad y el flujo de radiación incidente permitiría la presencia de agua en estado líquido sobre su superficie. Definida por primera vez en 1959 por S. Huang, la zona de habitabilidad estelar (ZH) se encuentra delimitada por dos radios, uno interno ó ZHri y otro externo o ZHro. Mientras el radio interno establece la distancia mínima capaz de salvaguardar el entorno planetario de un efecto invernadero desbocado, el externo, por el contrario, muestra la distancia máxima en la que este mismo fenómeno es capaz de impedir que las bajas temperaturas aboquen al planeta a una glaciación perpetua. El primer planeta extrasolar encontrado en esta zona de habitabilidad y con una masa parecida a la Tierra fue Gliese 581 g.

Junto a la zona de habitabilidad estelar, recientemente los astrónomos norteamericanos González, Ward y Brownlee han definido la denominada zona de habitabilidad galáctica. Alejada de las fuentes intensas de radiación, sobre todo del violento centro galáctico y de las regiones activas de formación estelar, la conjunción de estas dos zonas, ZH y ZHG, presentan las condiciones más favorables para la aparición y posterior desarrollo de la vida en un entorno planetario adecuado.

Órbita de 55 Cancri f dentro de la zona de habitabilidad planetaria de su estrella 55 Cancri .

Deducidas a partir de propiedades físicas como la masa, temperatura efectiva y flujo estelar, las características y evolución de la ZH se encontrarán estrechamente ligadas a la vida de las estrellas. De esta forma con una temperatura efectiva inferior a los 3.000 K y una luminosidad miles de veces inferior a la del Sol, las enanas rojas de clase espectral M presentarán una ZH muy estrecha y próxima a la estrella, quedando bloqueada la rotación planetaria a partir de 0,6-0,4 masas solares. A pesar de este grave inconveniente y de la emisión de la mayor parte de la energía liberada en forma de radiación infrarroja, el abundante número de enanas rojas (70-90% del total de la Vía Láctea) y su extrema longevidad hace que presenten en conjunto el área de habitabilidad estelar más extenso de la galaxia. A pesar de no mostrar restricción temporal alguna, una masa estelar inferior a 0,08 masas solares implica unas condiciones de presión y temperatura en su núcleo insuficientes para mantener activo el "fuego" nuclear. Consideradas objetos de transición entre estrellas y planetas, las enanas marrones muestran unas características físicas que imposibilitan la existencia a su alrededor de una zona de habitabilidad propiamente dicha.

En el extremo opuesto, con una temperatura efectiva de 50.000 K y una luminosidad millones de veces superior a la solar, las grandes estrellas azuladas y blanco-azuladas de clase espectral O y B presentan una ZH amplia y muy alejada de la estrella, por lo que queda asegurada la libre rotación planetaria. Su reducido número, la emisión de la mayor parte de la energía liberada en forma de radiación ultravioleta, efímera vida y el intenso viento estelar que caracteriza estas grandes estrellas no solo imposibilita la consolidación a su alrededor de cuerpos planetarios, sino que incluso en casos extremos pueden llegar a disipar los discos protoplanetarios presentes en estrellas vecinas.

Estimado para el desarrollo de la vida en un planeta como la Tierra un lapso de tiempo no inferior a 4.000 millones de años, las estrellas más aptas serían aquellas que presentasen una masa inferior a 1,20 masas solares y superior a 0,6 masas solares, o lo que es lo mismo estrellas de clase espectral F, G y K.



La Misión Kepler

Órbita del satélite

Kepler es el nombre de un satélite artificial que orbita alrededor del sol buscando planetas extrasolares, especialmente aquellos de tamaño similar a la Tierra, llevando a cabo lo que se conoce como misión Kepler. Fue lanzado por la NASA desde Cabo Cañaveral en la madrugada del 6 de marzo de 2009, en un cohete modelo Delta II. El nombre de este satélite es un epónimo en dedicatoria al astrónomo y matemático Johannes Kepler (1571-1630), descubridor de las tres leyes de Kepler que describen las características de las órbitas planetarias. Los descubrimientos de Kepler sólo pudieron ser posibles gracias a la exhaustiva labor de recopilación de datos de Tycho Brahe (1546-1601), labor que pretende emular de forma automática el satélite. Se espera que a la finalización de su misión, prevista para finales de 2012, este satélite permita descubrir varios planetas de tamaño similar a la Tierra orbitando su estrella a una distancia comparable a la de nuestro planeta. Antes de esta fecha, la sonda podrá identificar planetas más grandes o que orbiten más cerca de su estrella.

La sonda espacial tiene unas dimensiones de 4,7 m de alto por 2,7 m de diámetro, y pesa 1.039 kg, sin contar con algo más de 10 kg de hidrazina usada como propelente. El telescopio, montado sobre una estructura hexagonal de aluminio, cuenta con 10 m2 de paneles fotovoltaicos que generan un kW de energía eléctrica para la nave. La duración estimada de la misión es de 3 años y medio, con una posible extensión a 6 años. El coste de la operación ha sido estimado en 600 millones de dólares y en ella trabajan 200 científicos. La sonda ha sido construida por las empresas LAST y Ball Aerospace & Technologies Corp., que también serán las encargadas de controlar la nave desde el centro de investigación de la universidad de Colorado (Estados Unidos). La nave está preparada para analizar parcialmente la información del sensor, recolectada cada 30 segundos, para enviar únicamente la información relevante a la estación de procesamiento en la Tierra: de otra manera, no habría ancho de banda suficiente para transmitir toda la información recabada. En el análisis de los datos trabaja un equipo de 28 personas, ayudados por observaciones externas realizadas por los telescopios Hubble y Spitzer.

El lanzamiento del satélite fue pospuesto en dos ocasiones por recortes de presupuesto. Durante el proceso, se sustituyó el sistema giratorio de la antena direccional por otro fijado a la estructura, más económico. Como consecuencia de ello, el satélite perderá el equivalente a un día de exploración al mes. Aunque la sonda Kepler es un satélite (pues orbita en torno a un objeto), no es un satélite de la Tierra, sino que orbita en torno al sol, en una órbita elíptica de 372 días, y a una distancia de éste similar a la de la tierra. Con esta órbita se consigue facilitar la transmisión de datos desde la sonda hasta la Tierra, pero evitando los deslumbramientos que diversos cuerpos celestes podrían producir sobre la lente. La sonda cuenta además con ocho propulsores que le permitirán maniobrar para cambiar de orientación cuando sea necesario.

Zona de observación de Kepler

El objetivo de la sonda es observar simultáneamente unas 150.000 estrellas, y analizar su brillo cada 30 minutos para detectar posibles tránsitos de planetas. Para ello utilizará un sensible fotómetro tipo Schmidt de 0.95 m de apertura y un espejo primario de 1,4 metros. Su cámara CCD ofrece una resolución de 95 millones de píxeles; la más potente lanzada al espacio hasta la fecha. Mediante esta nave se espera ampliar notablemente el número de planetas extrasolares descubiertos (que a la fecha del lanzamiento era de 337), de tal manera que al término de la misión, se pueda disponer de una estimación más fiable sobre el número de planetas existentes de la galaxia. Este dato es crucial para responder a la pregunta de si estamos solos en el universo. La misión Kepler constituye la versión norteamericana de la misión europea Corot, que lanzó otro satélite similar, aunque menos potente, a finales de diciembre de 2006. La principal diferencia entre ambas misiones es que, gracias a la mayor resolución de los instrumentos de la Kepler, se podrán descubrir planetas más pequeños, de tamaño similar a la Tierra.

Se ha calculado que si un planeta del tamaño de la tierra cruzase delante de una estrella similar al sol, la variación en la luminosidad de la estrella sería de tan sólo 84 partes por millón. El fotómetro de la sonda Kepler es capaz de detectar variaciones de 20 partes por millón. Si a lo largo de los tres años y medio de la misión, la sonda capta al menos tres pequeñas fluctuaciones en una misma estrella, y se comprueba que éstas siguen intervalos regulares, se podrá inferir que existe un planeta orbitando dicha estrella. Basándose en la probabilidad de que un planeta efectúe un tránsito visible desde nuestra posición (es decir, que orbite en el mismo plano que forma esa estrella con nuestro sistema solar), se ha estimado que la sonda encontrará a uno de cada 217 planetas similares a la tierra que se encuentren en las aproximadamente 150.000 estrellas analizadas. Esto quiere decir que si todas las estrellas tuviesen un planeta similar a la tierra, la sonda Kepler encontraría unos 465. Extrapolando este dato con los resultados que se obtengan, se podrá estimar el número de planetas similares a la tierra que existen en la galaxia (así como el de planetas más grandes). Basándose en los conocimientos actuales, las previsiones estiman que la sonda debería encontrar en torno a 50 planetas de tamaño similar a la Tierra.

Las estrellas analizadas están situadas entre las constelaciones del Cisne y Lira, y se encuentran en su mayoría (más del 99%) a una distancia de más de 600 años luz. Por otra parte, la sonda no es capaz de encontrar planetas similares a la Tierra en estrellas situadas más allá de 3.000 años luz, pues su luz se verá demasiado tenue.

Créditos: Misión Kepler, Wikipedia y Bitácora Estelar

 


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