Exploran en detalle una familia de exoplanetas similares a la Tierra

Ilustración artística de los tres planetas conocidos del sistema TRAPPIST-1. Crédito: ESO/M. Kornmesser/N. Risinger.

Combinando el poder del telescopio de 8 metros de Gemini Sur en Chile con una cámara de muy alta resolución, un equipo de astrónomos confirmó la existencia de una familia de planetas posiblemente del tamaño de la Tierra, orbitando la estrella TRAPPIST-1, situada a unos 40 años-luz de distancia.

Observaciones previas de la estrella, que tiene apenas el 8% de la masa de nuestro Sol, revelaron diferencias en la emisión de luz que podrían ser resultado del movimiento de varios planetas del tamaño de la Tierra orbitando alrededor de la estrella TRAPPIST-1. Si bien esas diferencias también podrían ser resultado de una compañera estelar no visible aún, las observaciones de Gemini no identificaron ninguna estrella vecina, abriendo la posibilidad de la existencia de múltiples planetas del tamaño de la Tierra orbitando TRAPPIST-1.

Steve Howell, del Centro de Investigación Ames de la NASA lideró las observaciones de muy alta resolución utilizando el Instrumento de Inspección Diferencial Speckle (DSSI, por sus siglas en inglés), que ya fue utilizado en ambos telescopios de Gemini para sondear otros sistemas exoplanetarios. Las nuevas observaciones refuerzan la hipótesis que varios planetas del tamaño de la Tierra son responsables de las fluctuaciones en el brillo de la estrella. “Al no encontrar compañeros estelares en su vecindad, confirmamos que una familia de planetas más bien pequeños orbitan esta estrella”, señala Howell. “Utilizando Gemini, podemos ver una zona de esta estrella más cercana que la que comprende la órbita de Mercurio alrededor de nuestro Sol”.

TRAPPIST-1 corresponde a lo que los astrónomos llaman una estrella de tipo M tardía, que consiste en una estrella pequeña, muy fría (comparada a la mayoría de las estrellas) y débil. Las estrellas tipo M son tan débiles que los únicos ejemplares que podemos observar se encuentran relativamente cerca, como así lo demuestran las observaciones realizadas con Gemini, las cuales permiten sondear muy de cerca estas estrellas para buscar compañeras estelares.

“Como actualmente no existe ningún telescopio capaz de fotografiar un planeta del tamaño de la Tierra alrededor de otra estrella –aún orbitando una estrella tan cercana como TRAPPIST-1–, nuestro instrumento en Gemini nos permite detectar compañeras estelares cercanas e incluso enanas marrón”, explica Elliot Horch (de la Universidad Estatal de Carolina del Sur), coautor de la investigación. “Tales observaciones no sólo validan la existencia de exoplanetas, sino también su pequeño tamaño”.

Hoy en día, las estrellas M son de gran interés para los astrónomos por cuanto su pequeño tamaño permite una detección más fácil de planetas del tamaño de la Tierra. El débil brillo de las estrellas M implica que los potenciales planetas habitables tendrían períodos orbitales cortos, del orden de semanas. Tales planetas serán blanco de estudios detallados tanto de los telescopios situados en Tierra como de los telescopios espaciales, que intentarán medir la composición de sus atmósferas y comprobar si corresponden efectivamente a planetas como la Tierra.

El descubrimiento del linaje de posibles exoplanetas en TRAPPIST-1, comenzó a fines de 2015 con datos provenientes del proyecto del Pequeño Telescopio para el Tránsito de Planetas y Planetoides (o TRAPPIST, por sus siglas en inglés). Este trabajo, liderado por Michael Gillon, observó la estrella TRAPPIST-1 por 62 noches. Durante ese período, se encontró que la estrella fluctúa en un modo que es consistente con la existencia de al menos tres planetas del tamaño de la Tierra orbitando, eclipsando y bloqueando periódicamente parte del brillo de la estrella que llega en línea recta a la Tierra. Mientras el trabajo aún continúa para refinar el número total de planetas, al parecer dos de ellos orbitan la estrella en 1,5 y 2,4 días respectivamente, y están tan cerca de ella que reciben cuatro y dos veces, respectivamente, la radiación que recibe la Tierra del Sol. El tercer planeta es más difícil de caracterizar, pero es posible que tenga períodos orbitales comprendidos entre 4 a 73 días. El período más probable de este tercer planeta es de 18 días, y lo situaría en la zona habitable de este sistema, donde el agua líquida podría existir en su superficie.

Las observaciones de Gemini con el instrumento DSSI, fueron realizadas durante una visita temporal del instrumento en el telescopio de Gemini Sur en Chile. “El floreciente programa de Instrumentos Visitantes de Gemini está produciendo resultados espectaculares en todas las áreas de la astronomía”, dijo Chris Davis, director programático en la Fundación Nacional de las Ciencias de los Estados Unidos (NSF, por sus siglas en inglés), una de las agencias que financian al Observatorio Internacional de Gemini y que también proveyó financiamiento inicial para DSSI. “Las observaciones del sistema de exoplanetas de TRAPPIST-1 realizadas con DSSI sólo son un ejemplo. El equipo del instrumento y sus colaboradores merecen el crédito por construir un instrumento tan versátil y productivo, y también por ponerlo a disposición de todos los usuarios de Gemini”.

El instrumento DSSI en Gemini otorga una capacidad única para caracterizar el medioambiente alrededor de sistemas exoplanetarios. Provee, además, imágenes con una resolución extremadamente alta, mediante la captura de múltiples exposiciones muy cortas de una estrella (60 milisegundos), lo que permite capturar detalles mínimos y “congelar” la turbulencia causada por la atmósfera. Combinando las imágenes y removiendo las distorsiones momentáneas causadas por la atmósfera terrestre, las imágenes finales tienen una resolución igual a la que el telescopio produciría si estuviera en el espacio. Con esta técnica, llamada interferometría de speckle, se pueden ver detalles en el límite teórico de los 8 metros del espejo primario de Gemini, produciendo las imágenes individuales de más alta resolución del telescopio que se encuentran a disposición de los astrónomos. La resolución disponible se compara a una fotografía que permite distinguir por separado las dos luces frontales de un auto situado a unos 3.200 kilómetros de distancia.

El artículo “Speckle Imaging Excludes Low-Mass Companions Orbiting The Exoplanet Host Star TRAPPIST-1” será publicado en la edición del 20 de septiembre de 2016 de The Astrophysical Journal Letters.