Descubriendo exotierras con PLATO

Por Daniel Marín, el 8 septiembre, 2015. Categoría(s): Astronomía • Exoplanetas ✎ 16

En 2024 la Agencia Espacial Europea (ESA) lanzará la misión PLATO para buscar exoplanetas mediante el método del tránsito. Con sus 34 telescopios, PLATO observará millones de estrellas en busca de planetas extrasolares. Pero la pregunta que nos hacemos todos es, ¿será capaz de detectar exotierras?

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PLATO, el descubridor de exotierras (ESA).

PLATO descubrirá planetas mediante el método del tránsito, como el telescopio espacial Kepler, pero a diferencia de este no apuntará continuamente al mismo campo estelar, sino que observará durante tres años a una región del cielo y luego otra durante dos años. Además se desplazará por otras siete zonas que estudiará de dos a cinco meses. En cualquier caso, la clave para detectar una exotierra ‘de verdad’ -esto es, un planeta de tamaño terrestre situado en la zona habitable de una estrella de tipo solar- con el método del tránsito depende principalmente de la distancia y la actividad estelar.

Como es sabido, nuestro Sol presenta un ciclo de actividad de unos once años. Esto significa que su brillo no es constante, sino que cambia continuamente. El ‘ruido’ del brillo de nuestra estrella puede variar en un factor de dos durante el ciclo solar, principalmente por culpa de las vibraciones astrosísmicas. Cuando el Sol está ‘tranquilo’ su brillo apenas varía en un factor de 7,8 ppm (partes por millón) en un periodo de 6,5 horas, mientras que esta cifra sube a 14,7 ppm durante el máximo solar. ¿Y esto es mucho o poco? Pues hasta hace unos años se suponía que el Sol debía ser más o menos normal, pero Kepler ha descubierto que este no es el caso. El Sol es una estrella de tipo G excesivamente tranquila, ya que la inmensa mayoría de astros de tipo solar son más ‘ruidosos’. De hecho, solo un 1% de las estrellas de tipo G varían su brillo en 6 ppm o menos. Por supuesto, sabemos que el Sol ha pasado por episodios de mayor y menor actividad a lo largo de su historia. Por ejemplo, durante el Mínimo de Maunder las variaciones de su brillo debían ser del orden de 1 a 4 ppm debido a la casi total ausencia de manchas solares, así que debe haber por ahí unas pocas estrellas que presenten niveles de ruido comparables. Por otro lado, cuanto menor es la estrella, su ruido aumenta. Así, las enanas rojas -estrellas de tipo M- presentan variaciones de hasta 50 ppm de media.

(Hippke et al.).
Ruido de las estrellas de tipo solar (tipo G). La línea sólida representa el ruido instrumental del telescopio Kepler. Las líneas de puntos son el máximo y el mínimo de ruido del Sol. Como se puede ver, la mayor parte de estrellas de tipo G son más ‘ruidosas’ que el Sol (Hippke et al.).

Aunque todavía no se ha construido, se espera que la precisión fotométrica de PLATO alcance las 3 ppm en estrellas de magnitud 9 en intervalos 6,5 horas. El telescopio Kepler solo fue capaz de observar menos de treinta estrellas con variaciones de brillo de este calibre, pero PLATO podrá estudiar hasta tres mil. Ahora imaginemos que alrededor de esas estrellas de tipo solar hay planetas similares a los de nuestro sistema solar, ¿podría PLATO detectarlos?

La mayoría de ellos sí, siempre y cuando supongamos que la actividad estelar es tan baja como la solar. En el caso de Mercurio, su tránsito por el disco solar crea una variación del brillo de 13,1 ppm, lo que significa que estadísticamente no se podría confirmar su existencia de un planeta similar en los seis años de misión de PLATO. Marte, con una variación de 25,4 ppm, también quedaría fuera del alcance de PLATO. Sin embargo, Venus y la Tierra sí que se podrían detectar sin problemas tras seis tránsitos -o sea, seis años para la Tierra- gracias a su variación de 80 ppm, ya que en este caso la relación señal ruido sería de 23,8 y 28,6 respectivamente. Eso sí, es imposible que PLATO detecte un análogo de la Tierra con un solo tránsito.

Cómo vería el tránsito de Mercurio por el Sol tras seis años. Se supone poca actividad solar (Hippke et al.).
Cómo vería PLATO el tránsito de Mercurio por el Sol tras seis años. Se supone poca actividad solar (Hippke et al.).
Tránsito de un análogo de Venus visto por PLATO (Hippke et al.).
Tránsito de un análogo de Venus visto por PLATO (Hippke et al.).
Marte sería indetectable (Hippke et al.).
Marte sería indetectable (Hippke et al.).
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Curvas fotométricas de un análogo de la Tierra tras seis tránsitos vistas por PLATO, Kepler y PERFECT (una versión mejorada de PLATO propuesta para 2030). Se aprecia que el ruido solar no afecta significativamente al descubrimiento (Hippke et al.).

El resto de planetas gigantes serían detectados con un único tránsito sin problemas gracias a su gran tamaño. Y no sólo eso, PLATO también podría descubrir los satélites galileanos Calisto y Ganímedes, así como los anillos de Saturno. Con las condiciones adecuadas de ruido estelar, PLATO detectaría hasta 1369 exouranos, 4000 exosaturnos y 5000 exojupíteres en estrellas de tipo G.

Probabilidades de detección de los satélites de Júpiter por PLATO (Hippke et al.).
Probabilidades de detección de los satélites de Júpiter por PLATO (Hippke et al.).

Entonces, ¿detectará PLATO cientos de exotierras? No tan rápido. Este estudio es válido para estrellas de tipo solar con poca actividad, que, como hemos visto, son una minoría. Por otro lado, ya hemos comentado que PLATO no pasará los seis años de misión apuntando la misma región del cielo. Esto implica que si existiera un sistema solar análogo al nuestro en alguno de sus campos de visión, la relación señal ruido obtenida tras solo dos o tres años será mucho menor y situará la detección de una exotierra en el límite de lo posible. Por suerte, no está todo perdido. Las supertierras habitables serán un blanco fácil para PLATO. Del mismo modo, las exotierras que giren alrededor de estrellas más pequeñas que el Sol -de tipo espectral K y M, por ejemplo- realizarán muchos más tránsitos en el mismo periodo de tiempo -su zona habitable está más próxima- y será más sencillo descubrirlas. Con suerte, alrededor de 2030 PLATO ya habrá confirmado la existencia de miles de exoplanetas. Y entre ellos puede que haya alguna exotierra de pura cepa.

Referencias:



16 Comentarios

  1. Daniel, si el telescopio, una vez en órbita, tiene que estar apuntando siempre hacía una misma zona del ‘cielo’, el mismo, ¿Debe situarse en una órbita muy alta para que así la tierra no le bloquee su visión al girar alrededor de nuestro planeta?
    Son esos detalles orbitales que me gustaría saber.
    Gran artículo.
    Facundo/19 años/Argentina

    1. Para evitar que la Tierra bloquee el campo de visión el telescopio estará situado lejos, a 1,5 millones de km, en el punto de Lagrange L2 (de paso esta situación permite enviar grandes volúmenes de datos y simplifica el control térmico). Por su parte, Kepler está en una órbita solar relativamente lejos de la Tierra.

  2. Me pregunto si no sería mejor cambiar la estrategia y observar al menos un mismo campo de forma continuada durante cuatro años, y luego campos diferentes.
    Siempre he visto a Plato un poco al límite en cuanto a la posibilidad de detección de gemelos terrestres.

  3. De hecho, el artículo tiene poco sentido puesto que las simulaciones las han hecho considerando 6 años de observaciones seguidas, de una misma estrella y no es el caso, al menos con la estrategia anunciada hasta ahora.

  4. Una pregunta fuera de tema si se me permite.
    Se esta hablando mucho de los candidatos a la presidencia del los estados unidos, ¿que se sabe de los diferentes candidatos acerca de su apoyo a la nasa, la iniciativa privada u otros programas?

    1. http://www.zmescience.com/space/2016-presidential-candidates-space-exploration-06353/

      En realidad da igual lo que digan o incluso lo que quieran. Es uno (más) de esos temas donde las cosas tienen bastante vida propia, va a influir más el estado y los intereses de la industria americana y sobre todo la presión de la opinión pública. En realidad, de toda la lista el único que sabe de qué va el asunto es Sanders (por eso suele votar como lo hace), es decir, que tiene digamos un mínimo interés, pero de todos modos hablar de esto es todavía muy prematuro. Ted Cruz es como el ínclito último candidato que preguntó por qué no se podían abrir las ventanillas de los aviones.

  5. Me pregunto que porcentaje de las estrellas estudiadas están en condiciones de proveerle resultados al telescopio. Porque si la lógica no me falla, el plano orbital de los planetas de esas estrellas tiene que tener una posición dentro de un rango especifico para que se pueda apreciar el efecto del transito desde la tierra… ya por el hecho de encontrarse unos grados inclinado en relación a nuestro punto de observación no podría obtenerse información… lamentablemente

  6. Tengo una duda ¿afecta la inclinación del plano en que orbitan los planetas su estrella a la probabilidad de ser detectados?, quiero decir, si un planeta, desde el punto de vista de la tierra, atraviesa la parte exterior de su “sol” ¿hay las mismas probabilidades de verlo que si lo atraviesa por el centro?.. me imagino que muchos planetas tendrán órbitas incluso perpendiculares al eje de visión del satélite y nunca podrían ser detectados por el método del tránsito ¿no?

  7. Muy bueno! como siempre
    Me gustaría mucho (y creo que no soy el único que quisiera eso) que subieras un post sobre como sería el mundo hoy si todo hubiera salido bien para la exploración espacial, que no se hubieran detenido los viajes a la luna y la conquista del espacio se hubiera convertido en una realidad. Una historia contrafactual sobre la conquista del espacio.
    O si no cualquier otro post que trate sobre historia contrafactual, te salen demasiado bien!!!

    Saludos! mi blog favorito por mucho

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