No hay tránsitos de planetas Proxima Centauri en datos TESS de alta cadencia


TOI 1338 b es un planeta circumbinario que orbita sus dos estrellas. Fue descubierto por TESS. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA / Chris Smith

Nuestro vecino estelar más cercano es Proxima Centauri, una estrella de tipo M (enana roja) ubicada a más de 4,24 años luz de distancia (parte del sistema trinario Alfa Centauri). En 2016, la comunidad astronómica se sorprendió al saber que un planeta similar a la Tierra orbitaba dentro de la zona habitable circumsolar (HZ) de esta estrella. Además de ser el exoplaneta más cercano a la Tierra, Proxima b también fue considerado el lugar más prometedor para buscar vida extraterrestre durante un tiempo.

Desafortunadamente, la comunidad científica ha estado dividida sobre si la vida podría ser posible o no en este planeta. Todos estos estudios indican que esta pregunta no puede ser respondida hasta que los astrónomos caractericen la atmósfera de Proxima b, idealmente observándola a medida que pasa frente a (es decir, transita) su estrella anfitriona. Pero en un nuevo estudio apoyado por la NASA, un equipo dirigido por astrofísicos de la Universidad de Chicago determinó que esta es una posibilidad poco probable.

El estudio que describe sus hallazgos, que aparecerá pronto en Frontiers in Astronomy and Space Sciences,fue dirigido por Emily A. Gilbert, estudiante de posgrado del Departamento de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Chicago. A ella se unieron investigadores del Planetario Adler, el Centro de Ciencia y Tecnología Espacial (Universidad de Maryland) y el Laboratorio de Exoplanetas y Astrofísica Estelar del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.

Los responsables del descubrimiento fueron Guillem Anglada-Escudé y un equipo de astrónomos de la campaña Pale Red Dot. Utilizando el espectrógrafo High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS) en el telescopio de 3,6 metros de ESO en el Observatorio La Silla de ESO, el equipo confirmó la presencia de Proxima b utilizando un método conocido como espectroscopia Doppler (también conocido como el método de velocidad radial).

Este método consiste en observar los espectros de las estrellas en busca de signos de "bamboleo", donde la estrella se está acercando y alejando de la Tierra. Esto es causado por la influencia gravitacional de los planetas que orbitan la estrella, cuyo alcance se utiliza para inferir la masa de los planetas. En el caso de Proxima b, los astrónomos obtuvieron una estimación de masa mínima de 1,24 y una estimación máxima de 2,06 masas terrestres.
Interpretación artística del Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

Su presencia se confirmó nuevamente en 2020 utilizando el very Large Telescope (VLT) de ESO y su instrumento Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations (ESPRESSO), los sucesores del espectrógrafo HARPS. Mientras que la mayoría de los exoplanetas hasta la fecha se han detectado utilizando el método de tránsito (aka. fotometría de tránsito), esto se consideró poco práctico para una estrella como Proxima Centauri, que es una estrella de baja masa y menos brillante de tipo M (enana roja).

Pero como Gilbert y sus colegas indican en su estudio, esto no ha impedido que numerosos equipos de investigación astronómica intenten detectar planetas en tránsito por Próxima Centauri. Por ejemplo. El profesor Kipping y sus colegas del Laboratorio Cool Worlds de la Universidad de Columbia observaron Proxima Centauri durante 43,5 días entre 2014 y 2015 utilizando el satélite Microvariabilidad y Oscilación de Estrellas (MOST) de la Agencia Espacial Canadiense.

En 2016, dos equipos de investigación observaron de forma independiente Proxima Centauri en busca de signos de tránsito utilizando el Observatorio Las Campanas en Chile y el Bright Star Survey Telescope en la Estación Zhongshan en la Antártida. Ambas encuestas encontraron evidencia de posibles tránsitos, pero no pudieron confirmarlos. En 2018-19, un equipo internacional publicó un estudio de dos partes sobre cientos de observaciones realizadas entre 2006 y 2017 desde observatorios de toda la Tierra. Tanto en el estudio original como en el de seguimiento, los autores indicaron que no se observaron tránsitos.

Por el bien de su estudio, Gilbert y su equipo se basaron en los datos recopilados por el Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), el sucesor del Telescopio Espacial Kepler. Utilizando un nuevo conjunto de algoritmos, el equipo examinó dos campañas de observación que TESS hizo de Proxima Centauri, del 23 de abril al 18 de junio de 2019 y del 29 de abril al 26 de mayo de 2021, en busca de signos de Proxima b transitando.

También incluyeron un algoritmo que modeló la actividad estelar de Proxima Centauri. Emite destellos de luz blanca dos o tres veces al día o más (algunos de los cuales son muy potentes). De hecho, en un estudio de 2016 coescrito por David Kipping, se sugirió que las llamaradas podrían dominar tanto a Proxima Centauri que las observaciones de series temporales de su curva de luz podrían considerarse principalmente como una superposición de muchas llamaradas. Como Gilbert y sus colegas indican en su estudio, esto siempre ha hecho que la búsqueda de señales de tránsitos planetarios sea muy difícil con Proxima Centauri:
Las llamaradas estelares podrían amenazar la vida en planetas enanos rojos. Crédito: NASA/ESA/D. Player (STScI)

"Este nivel de actividad puede complicar la búsqueda de exoplanetas en tránsito debido al ruido adicional en los datos. Un método típico para tratar con llamaradas grandes es identificarlas y eliminarlas, ya sea mediante el uso de algoritmos de detección de llamaradas o un simple recorte sigma.

"Aquí, tomamos un enfoque diferente, identificamos las llamaradas utilizando un algoritmo personalizado, modelamos las llamaradas usando una plantilla, restamos estas llamaradas de los datos y luego realizamos la búsqueda de tránsito. Luego inyectamos tránsitos en la curva de luz para probar nuestra sensibilidad a los planetas en tránsito".

Uno podría hacerse la pregunta, ¿por qué los astrónomos persisten en buscar tránsitos? La respuesta es simple: si Proxima b transita frente a su sol, los astrónomos podrían obtener espectroscopia de transmisión de la luz que pasa a través de su atmósfera. Esto les permitiría discernir la presencia de firmas químicas y restringir la composición atmosférica del planeta, incluidos los posibles biomarcadores.

El equipo utilizó dos algoritmos de búsqueda de planetas para detectar señales de tránsito planetario en los datos de TESS como siguiente paso. Primero, utilizaron los Transit Least Squares (TLS) desarrollados por Michael Hippke y René Heller (Observatorio Sonneberg e Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar, respectivamente). En segundo lugar, emplearon la Búsqueda de Tránsito Automatizada Cuasiperiódica (QATS) por los becarios del Hubble Joshua A. Carter y Eric Agol, del Centro Smithsoniano de Astrofísica de Harvard (CfA) y la Universidad de Washington.

Sin embargo, Gilbert y su equipo aún no encontraron evidencia de tránsitos en los datos. Sin duda, inyectaron señales sintéticas de planetas en tránsito en los datos de TESS para determinar qué circunstancias se podría detectar un planeta en tránsito. A partir de esto, determinaron que los exoplanetas que orbitan con el HZ de Proxima Centauri tendrían que medir menos de 0.4 a 0.5 radios terrestres (similares a Marte) para ser detectables. Esto descarta Proxima b, que mide entre 0,68 y 2,5 radios terrestres.
Impresión artística de un tránsito simultáneo de tres planetas frente a Kepler-11, según lo observado por la nave espacial Kepler de la NASA el 26 de agosto de 2010. Crédito: NASA/Tim Pyle

Esta es una noticia decepcionante para los investigadores de exoplanetas, ya que confirma que la única forma en que podemos caracterizar Proxima b es enviar una misión real allí. En este sentido, proyectos como Breakthrough Starshot y otros conceptos de "vela ligera" tendrían que suceder antes de que los científicos pudieran determinar si nuestro vecino exoplaneta más cercano es adecuado para la vida. Sin embargo, también puede ser posible obtener imágenes directas de Proxima b en un futuro próximo utilizando telescopios de próxima generación.

Esto incluye el Telescopio Espacial James Webb, que está programado para lanzarse el 18 de diciembre, y el Telescopio Espacial Romano Nancy Grace, que seguirá en 2027. Los observatorios terrestres como el Extremely Large Telescope (ELT) de ESO y el Giant Magellan Telescope (GMT) del Carnegie Institute of Science también podrán realizar estudios de imágenes directas utilizando sus grandes espejos, espectrógrafos, coronógrafos y óptica adaptativa.

Estos y otros observatorios también se beneficiarán de las técnicas de aprendizaje automático de próxima generación (como la desarrollada por Gilbert y sus colegas). Tener en cuenta el nivel de actividad estelar permitirá a los astrónomos extraer firmas de exoplanetas de todo el ruido de fondo con mayor precisión. Como concluyen en su estudio:

"Con la misión TESS en curso, así como las misiones planificadas como Plato que proporcionan observaciones de línea de base larga y alta precisión, esta técnica puede ser extremadamente valiosa para detectar planetas pequeños que orbitan estrellas anfitrionas activas. Hay muchas estrellas cercanas activas de baja masa, y los métodos que hemos presentado aquí podrían mejorar significativamente nuestra sensibilidad a los planetas pequeños que transitan por estas estrellas".

Con estas herramientas, instrumentos y observatorios a su disposición, los astrónomos esperan ampliar en gran medida el catálogo de exoplanetas (4.569 confirmados y contando) en los próximos años, así como acelerar la transición a la caracterización de exoplanetas. En ese momento, algunas de las preguntas más apremiantes (como "¿estamos solos en el universo?") finalmente serán respondidas.

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