¿Nos estamos perdiendo otras Tierras?

June 28, 2021

Astrónomos especialistas en el estudio de estrellas binarias, aseguran que existen más planetas similares a la Tierra de lo que se creía originalmente

Posiblemente algunas búsquedas de exoplanetas podrían estar descartando casi la mitad de los planetas del tamaño de la Tierra que orbitan otras estrellas, de acuerdo a nuevos hallazgos realizados por un equipo de astrónomos que utilizó los telescopios de Gemini en Chile y Hawai‘i, además del Telescopio WIYN de 3,5 metros en el Observatorio Nacional Kitt Peak, en Arizona. Los estudios sugieren que planetas del tamaño de la Tierra podrían permanecer sin ser descubiertos en sistemas estelares binarios, ocultos por el resplandor de sus estrellas madres. Como aproximadamente la mitad de todas las estrellas se ubican en sistemas binarios, esto significa que los astrónomos podrían estar perdiendo la oportunidad de descubrir muchos planetas del tamaño de la Tierra.

Los planetas del tamaño de la Tierra pueden ser mucho más comunes de lo que se pensaba. Los astrónomos que trabajan en el Centro de Investigación Ames de la NASA utilizaron los telescopios gemelos de Gemini, un programa del NOIRLab de NSF y Observatorio AURA, para determinar que muchas estrellas que albergan planetas y que fueron identificadas por la misión de caza de exoplanetas TESS de la NASA [1],  corresponden a estrellas binarias, es  decir, un sistema estelar compuesto por dos estrellas que se orbitan mutuamente alrededor de un centro de masas común, y donde los planetas orbitan una de las estrellas del par.

Después de examinar estas estrellas binarias, el equipo concluyó que los planetas del tamaño de la Tierra en muchos sistemas de dos estrellas podrían pasar desapercibidos por investigaciones como la que realiza TESS, que buscan cambios en la luz de una estrella cuando un planeta pasa frente a ella [2]. En este caso, la luz de la segunda estrella hace que sea más difícil detectar los cambios en la luz de la estrella anfitriona cuando el planeta pasa frente a ella.

El equipo comenzó tratando de determinar si algunas de las estrellas anfitrionas de exoplanetas identificadas con TESS eran en realidad estrellas binarias de las que no se tenía conocimiento. Las estrellas que están muy juntas pueden confundirse con estrellas individuales a menos que se observen a una resolución extremadamente alta. Por esa razón, el equipo recurrió a ambos telescopios Gemini para inspeccionar minuciosamente una muestra de estrellas anfitrionas de exoplanetas, utilizando una técnica llamada imagen de puntos (speckle imaging) [3], con tal de ver si podían detectar compañeros estelares sin descubrir.

Utilizando los instrumentos `Alopeke y Zorro en los telescopios Gemini Norte y Sur, en Hawai‘i y en Chile, respectivamente, [4] el equipo observó cientos de estrellas cercanas que TESS había identificado como posibles anfitrionas de exoplanetas. Descubrieron que 73 de estas estrellas son en realidad sistemas estelares binarios que habían aparecido como puntos únicos de luz hasta que se observaron a mayor resolución con Gemini: "Con los telescopios de 8,1 metros del Observatorio Gemini, obtuvimos imágenes de estrellas anfitrionas de exoplanetas con una extremadamente alta resolución y detectamos compañeros estelares en separaciones muy pequeñas", explicó Katie Lester del Centro de Investigación Ames de la NASA, quien dirigió este trabajo.

El equipo de Lester también estudió 18 estrellas binarias adicionales encontradas anteriormente entre los anfitriones de exoplanetas TESS, utilizando el instrumento NN-EXPLORE Exoplanet and Stellar Speckle Imager (NESSI), en el telescopio WIYN de 3,5 metros, en el Observatorio Nacional de Kitt Peak, también un programa de NOIRLab de NSF.

Después de identificar las estrellas binarias, el equipo comparó los tamaños de los planetas detectados en los sistemas estelares binarios con los de los sistemas de una sola estrella. Se dieron cuenta que la nave espacial TESS encontró exoplanetas grandes y pequeños orbitando estrellas individuales, pero sólo halló planetas grandes en sistemas binarios.

Estos resultados implican que un número importante de planetas del tamaño de la Tierra podría estar oculto en sistemas binarios y pasar desapercibido cuando se utiliza el método de detección de planetas de tránsito empleado por TESS y muchos otros telescopios cazadores de planetas. Algunos científicos habían sospechado que en las búsquedas de tránsito podrían faltar planetas pequeños en sistemas binarios, y ahora este nuevo estudio proporciona apoyo observacional para respaldar la hipótesis y además precisa qué tamaños de exoplanetas se ven afectados [5].

"Hemos demostrado que es más difícil encontrar planetas del tamaño de la Tierra en sistemas binarios porque los planetas pequeños se pierden en el resplandor de sus dos estrellas madres", afirmó Lester. En tanto que Steve Howell, del Centro de Investigación Ames de la NASA, líder del esfuerzo de obtención de imágenes en speckle y miembro de la investigación, agregó que “sus tránsitos son 'rellenados' por la luz de la estrella compañera”.

“Dado que aproximadamente el 50% de las estrellas están en sistemas binarios, podríamos estar perdiendo el descubrimiento y la oportunidad de estudiar muchos planetas similares a la Tierra”, concluyó Lester.

Esta posibilidad implica que los astrónomos necesitarán utilizar una variedad de técnicas de observación antes de confirmar que un sistema estelar binario no tiene planetas similares a la Tierra. "Los astrónomos necesitan saber si una estrella es única o binaria antes de afirmar que no existen planetas pequeños en ese sistema", explicó Lester. “Si es única, entonces se podría decir que no existen planetas pequeños. Pero si el anfitrión está es un binario, no sabrías si hay un pequeño planeta oculto por la estrella compañera o no existe. Necesitarás más observaciones con una técnica diferente para averiguarlo".

Como parte de su estudio, Lester y sus colegas también analizaron qué tan alejadas están las estrellas en los sistemas binarios donde TESS había detectado planetas grandes. El equipo encontró que las estrellas en los pares de anfitriones de exoplanetas estaban más alejadas que las estrellas binarias a las que no se les conocían planetas [6]. Esto puede sugerir que los planetas no se forman alrededor de estrellas que se encuentran muy cerca la una de la otra.

"Este estudio de ‘speckle imaging’ ilustra la urgente necesidad por acceder a las instalaciones de los telescopios de NSF para caracterizar los sistemas planetarios recién descubiertos y desarrollar nuestra comprensión de las poblaciones planetarias”, señaló el Jefe de Programa de la División de Ciencias Astronómicas de la Fundación Nacional de Ciencias, Martin Still.

Por su parte Howell agregó que el estudio se trata de un hallazgo importante en el trabajo de exoplanetas: “Los resultados ayudarán a los teóricos a crear modelos sobre la formación y evolución de los planetas en sistemas estelares dobles”.

Más Información

Esta investigación se presenta en el artículo científico “Speckle Observations of TESS Exoplanet Host Stars. II. Stellar Companions at 1-1000 AU and Implications for Small Planet Detection” que será publicado en el Astronomical Journal.

El equipo de investigación está compuesto por Kathryn V. Lester (NASA Ames Research Center), Rachel A. Matson (US Naval Observatory), Steve B. Howell (NASA Ames Research Center), Elise Furlan (Exoplanet Science Institute, Caltech), Crystal L. Gnilka (NASA Ames Research Center), Nicholas J. Scott (NASA Ames Research Center), David R. Ciardi (Exoplanet Science Institute, Caltech), Mark E. Everett (NOIRLab de NSF), Zachary D. Hartman (Lowell Observatory & Department of Physics & Astronomy, Georgia State University), and Lea A. Hirsch (Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University).

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF), el centro de EE. UU. para la astronomía óptica-infrarroja en tierra, opera el Observatorio internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional de Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (operado en cooperación con el National Accelerator Laboratory (SLAC) del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai‘i, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai‘i y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.

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