Exoplaneta

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Un exoplaneta (del otro griego ἔξω , exō  - “afuera”, “afuera”), o un planeta extrasolar , es un planeta ubicado fuera del sistema solar .

Durante mucho tiempo, la tarea de detectar planetas cerca de otras estrellas quedó sin resolver, ya que los planetas son extremadamente pequeños y tenues en comparación con las estrellas, y las estrellas mismas están lejos del Sol ( la más cercana  está a una distancia de 4,24 años luz ). . Los primeros exoplanetas se descubrieron a finales de la década de 1980 . Ahora tales planetas han sido descubiertos gracias a métodos científicos mejorados, a menudo al límite de sus capacidades. La gran mayoría de los exoplanetas descubiertos se han descubierto utilizando varias técnicas de detección indirecta en lugar de la observación visual (la primera imagen fue tomada por el telescopio James Webb en septiembre de 2022, fotografiando el gigante gaseoso HIP 65426 b [1] ). La mayoría de los exoplanetas conocidos son gigantes gaseosos y se parecen más a Júpiter que a la Tierra . Esto se debe a las limitaciones de los métodos de detección (es más fácil detectar planetas masivos de período corto).

Al 8 de octubre de 2022 se ha confirmado fehacientemente la existencia de 5200 exoplanetas en 3837 sistemas planetarios , de los cuales 839 tienen más de un planeta [2] . La cantidad de candidatos confiables a exoplanetas también es alta; por ejemplo, según el proyecto Kepler a marzo de 2021, el número de candidatos es de 2366 [3] , y según el proyecto TESS a finales de marzo de 2021 hay más de 2200 candidatos [3] [4] , sin embargo , para que puedan recibir el estado de planetas confirmados, su reinscripción con telescopios terrestres.
Se estima que el número total de exoplanetas en la galaxia de la Vía Láctea es de al menos 100 mil millones [5] , de los cuales entre 5 y 20 mil millones son posiblemente " similares a la Tierra "; en octubre de 2020, los científicos calcularon el número total de posibles exoplanetas habitables en la galaxia de la Vía Láctea, su número es de unos 300 millones [6] . Además, según las estimaciones actuales, alrededor del 34% de las estrellas similares al Sol tienen planetas en la zona habitable que son comparables a la Tierra [7] [8] . El número total de planetas similares a la Tierra encontrados fuera del sistema solar a partir de agosto de 2016 es de 216 [9] .
El exoplaneta más cercano a la Tierra es Próxima Centauri b .

Historial de descubrimientos

Antecedentes teóricos y primeros intentos de observación

Históricamente, la primera declaración sobre la posibilidad de la existencia de un sistema planetario alrededor de una estrella que no sea el Sol fue hecha en 1855 por el Capitán Jacob (Capitán WS Jacob), un astrónomo del Observatorio de Madrás (Observatorio de Madrás de la Compañía de las Indias Orientales) [ 10] . Informó de una alta probabilidad de la existencia de un "cuerpo planetario" en el sistema binario 70 Ophiuchi . Más tarde, en la década de 1890, el astrónomo Thomas J. J. See de la Universidad de Chicago y el Observatorio Naval de EE. UU. confirmaron [11] la presencia en el sistema 70 Ophiuchus de un cuerpo no luminoso (satélite invisible) con un período orbital de 36 años, sin embargo , los cálculos [ 12] de Forest Multon refutan las confirmaciones hechas por Xi, demostrando la inestabilidad de tal sistema. Por lo tanto, en este momento (2016), la ciencia considera que la existencia de un sistema planetario cerca de la estrella 70 Ophiuchus no está probada. Los estudios realizados en el Observatorio McDonald en 2006 mostraron que si 70 Ophiuchi tiene un planeta (o planetas), entonces su masa se encuentra entre 0,46 y 12,8 M ⊕ , y la distancia a la estrella es de 0,05 a 5,2 a.u. [13]

Los primeros intentos de encontrar planetas fuera del sistema solar se asociaron con observaciones de la posición de estrellas cercanas. En 1916, Edward Barnard descubrió una estrella roja que se movía "rápidamente" por el cielo en relación con otras estrellas. Los astrónomos la han llamado Estrella Voladora de Barnard . Esta es una de las estrellas más cercanas a nosotros, con una masa siete veces menor que la del sol. Basado en esto, la influencia de los planetas potenciales en él debería haber sido notable. A principios de la década de 1960, Peter Van de Kamp anunció que había descubierto un satélite con una masa similar a la de Júpiter. Sin embargo, J. Gatewood en 1973 determinó que la estrella de Barnard se mueve sin oscilaciones y, por tanto, no tiene planetas masivos. En 2018, se anunció una supertierra ( GJ 699 b ) con una masa de al menos 3,2 masas terrestres alrededor de la estrella de Barnard [14] .

En 1952, Otto Struve sugirió que los " Júpiter calientes " podrían detectarse observando las vibraciones de la estrella correspondiente. Sin embargo, durante mucho tiempo no se asignó tiempo de telescopio para tales estudios, ya que la teoría imperante en ese momento rechazaba la posibilidad de la aparición de “Júpiteres calientes” (de no ser por esto, los exoplanetas podrían haberse descubierto hasta la década de 1990) [ 15] .

Primeros descubrimientos

A fines de la década de 1980, muchos grupos de astrónomos comenzaron a medir sistemáticamente las velocidades de las estrellas más cercanas al Sol, realizando una búsqueda especial de exoplanetas utilizando espectrómetros de alta precisión .

Por primera vez , el supuesto planeta extrasolar fue encontrado por los canadienses B. Campbell, G. Walker y S. Young en 1988 cerca de la subgigante naranja Gamma Cepheus A (Alrai), pero su existencia fue confirmada recién en 2002.

Los primeros exoplanetas confirmados fueron descubiertos alrededor de la estrella de neutrones PSR 1257+12 por el astrónomo Alexander Volshchan [16] en 1991; se reconocieron como secundarias, es decir, ya habían surgido tras una explosión de supernova .

En 1993, Stephen Thorsett y sus colegas  publicaron un informe en el que corroboraban el estado planetario del objeto PSR B1620-26 b [17] .

En 1995, los astrónomos Michel Mayor y Didier Queloz, utilizando un espectrómetro ultrapreciso, descubrieron el meneo de la estrella 51 Pegasi con un período de 4,23 días. El planeta que causa el movimiento se parece a Júpiter , pero está muy cerca de la estrella. Entre los astrónomos, los planetas de este tipo son llamados " Júpiteres calientes " (ver tipos de exoplanetas ). Este fue el primer descubrimiento confirmado de un exoplaneta alrededor de una estrella de secuencia principal.

Descubrimientos en el siglo XXI

Más tarde, midiendo la velocidad radial de las estrellas y buscando su cambio Doppler periódico ( método Doppler ), se descubrieron varios cientos de exoplanetas.

En agosto de 2004, se descubrió el primer exoplaneta de tipo " Neptuno caliente " en el sistema estelar ( μ Altar) . El planeta gira alrededor de la estrella en 9,55 días a una distancia de 0,09 UA. La temperatura en la superficie del planeta es ~ 900 K (+627 °C), la masa del planeta es ~ 14 masas terrestres .

El primer exoplaneta de tipo " súper-Tierra " que orbita una estrella normal (en lugar de un púlsar ) fue descubierto en 2005 cerca de la estrella Gliese 876 . Su masa es de 7,5 masas terrestres.

En 2004 se obtuvo la primera imagen (en infrarrojo ) de un candidato a exoplaneta de la enana marrón 2M1207 .

El 13 de noviembre de 2008, por primera vez, fue posible obtener una imagen de un sistema planetario completo a la vez: una instantánea de tres planetas que orbitan alrededor de la estrella HR 8799 en la constelación de Pegaso . Este es el primer sistema planetario descubierto alrededor de una estrella blanca caliente de tipo espectral temprano A5. Todos los sistemas planetarios descubiertos previamente (con la excepción de los planetas cercanos a los púlsares) se encontraron alrededor de estrellas de clases posteriores (FM) [18] .

El 13 de noviembre de 2008 también logró por primera vez detectar el planeta Fomalhaut b , girando alrededor de la estrella Fomalhaut , a través de observaciones directas [19] .

En 2011, David Bennett de la Universidad de Notre Dame (Indiana, EE. UU.) anunció que, según las observaciones realizadas en 2006-2007 con el telescopio de 1,8 metros en el Observatorio de la Universidad Mount John en Nueva Zelanda, había descubierto diez Júpiter- como exoplanetas . Cierto, dos de ellos pueden ser satélites de órbita alta de las estrellas más cercanas a ellos [20] .

En septiembre de 2011, se anunció el descubrimiento de dos exoplanetas KIC 10905746 b y KIC 6185331 b por parte de astrónomos aficionados como parte del proyecto Planet Hunters para analizar los datos recopilados por el telescopio Kepler [ 21 ] [22] . Al mismo tiempo, se mencionaron 10 candidatos planetarios, pero en ese momento solo dos de ellos fueron identificados por los científicos como exoplanetas con suficiente grado de certeza. Los planetas fueron encontrados por participantes voluntarios del proyecto entre los datos que los astrónomos profesionales, por una razón u otra, eliminaron, y si no fuera por la ayuda de los voluntarios, estos planetas probablemente habrían permanecido sin descubrir.

El 5 de diciembre de 2011, el telescopio Kepler descubrió el primer exoplaneta de tipo súper-Tierra en la zona habitable, Kepler-22 b [23] .

El 20 de diciembre de 2011, el telescopio Kepler cerca de la estrella Kepler-20 descubrió los primeros exoplanetas del tamaño de la Tierra y más pequeños: Kepler-20 e (con un radio de 0,87 terrestres y una masa de 0,39 a 1,67 masas terrestres) y Kepler -20 f (0,045 masas de Júpiter y 1,03 radios terrestres) [24] .

En 2009, científicos del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica descubrieron el primer exoplaneta del tipo " súper-Tierra ", ubicado a una distancia de 40 años luz de la Tierra y presumiblemente siendo un planeta oceánico  - GJ 1214 b [25] . Los últimos datos sobre tránsitos permiten juzgar que GJ 1214 b tiene una atmósfera extendida de hidrógeno-helio, un bajo nivel de metano y una capa de nubes a un nivel de presión de 0,5 bar, lo que no corresponde a las propiedades de un atmósfera con una dominancia estable de vapor de agua [26] . El período de revolución del planeta alrededor de una estrella, una enana roja  , es de 38 horas, la distancia es de unos 2 millones de kilómetros. La temperatura en la superficie del planeta es de aproximadamente 230 °C.

En 2015 se descubrió el exoplaneta 51 Eridani b , similar al joven Júpiter [27] .

En febrero de 2017, se anunció que se habían descubierto siete planetas del tamaño de la Tierra alrededor de la estrella TRAPPIST-1 [28] [29] .

Kepler-47  es el primer sistema binario en el que tres planetas orbitan dos estrellas [30] .

En 2021 se descubrió un exoplaneta en la galaxia M51 . El planeta tiene aproximadamente el tamaño de Saturno , con un radio orbital de aproximadamente 2 UA. El descubrimiento aún no ha sido confirmado por otros investigadores. Hasta ahora, este es el primero de casi 5000 exoplanetas encontrados fuera de nuestra galaxia, la Vía Láctea [31] .

Herramientas y proyectos para el estudio de exoplanetas

Satélites astronómicos

Observatorios terrestres

Observatorios terrestres observando por el método de tránsito Observatorios terrestres que realizan observaciones utilizando el método de velocidad radial (método Doppler)

Proyectos en desarrollo:

Además de las misiones espaciales, se planea desarrollar instrumentos terrestres en el futuro. Por ejemplo, el European Extremely Large Telescope , que está en construcción, contará con equipos capaces de estudiar la atmósfera de los exoplanetas [35] .

Métodos de búsqueda de exoplanetas

  1. El método Doppler  es una medida espectrométrica de la velocidad radial de una estrella. El método más común. Le permite detectar planetas con una masa de al menos varias masas terrestres, ubicados en las inmediaciones de la estrella, y planetas gigantes con períodos de hasta unos 10 años. El planeta, al girar alrededor de la estrella, la sacude, por así decirlo, y podemos observar el desplazamiento Doppler del espectro de la estrella.
    El método permite determinar la amplitud de las fluctuaciones de la velocidad radial para un par de estrellas y un solo planeta, la masa del planeta, el período orbital, la excentricidad y el límite inferior de la masa del exoplaneta . El ángulo entre la normal al plano orbital del planeta y la dirección a la Tierra no se puede medir con métodos modernos. A partir de noviembre de 2011, 647 planetas han sido registrados por este método [36] .
  2. El método de tránsito  es un método basado en la observación de una disminución en la luminosidad de una estrella cuando un planeta pasa por su fondo. Le permite determinar el tamaño del planeta y, en combinación con el método Doppler  , la densidad del planeta. Da información sobre la presencia de la atmósfera y su composición. Debe entenderse que este método puede detectar solo aquellos planetas cuya órbita se encuentra en el mismo plano que el punto de observación.
    Hasta noviembre de 2011, se han descubierto 185 planetas utilizando este método [37] .
  3. Método de microlente gravitacional . Entre el objeto observado (estrella, galaxia) y el observador en la Tierra, debe haber otra estrella que actúe como lente y enfoque la luz del sistema estelar observado con su campo gravitatorio. Si la estrella de la lente tiene planetas, aparece una curva de luz asimétrica y posiblemente una falta de acromaticidad . Este método tiene una aplicación muy limitada. El método es sensible a planetas con poca masa, hasta la Tierra.
    Hasta septiembre de 2011, se han descubierto 13 planetas utilizando este método [38] .
  4. El método astrométrico es un método basado en el cambio en el movimiento propio de una estrella bajo la influencia gravitatoria del planeta. Con la ayuda de la astrometría, se refinaron las masas de algunos exoplanetas, en particular, Epsilon Eridani b. El futuro de este método está en misiones orbitales como SIM .
  5. Radioobservación de púlsares. Si los planetas giran alrededor del púlsar , entonces la señal emitida por el púlsar tiene un carácter oscilante . Poderosos rayos dirigidos de radiación púlsar forman superficies cónicas en el espacio . Si la Tierra está en una superficie así, entonces es posible registrar esta radiación. Hasta marzo de 2010, se han encontrado cinco planetas (3+2) alrededor de dos púlsares.
  6. El método de observación directa  es un método para obtener imágenes directas de exoplanetas aislándolos de la luz de su estrella. Usando el método, se obtuvo una imagen de cuatro planetas del sistema HR 8799 . Dado que el método da los mejores resultados para los planetas que se encuentran a ~10–100 AU de su estrella. y caliente debido al calor que queda después de su formación, el método se utiliza para buscar planetas alrededor de estrellas jóvenes [39] .
    Se espera que el Telescopio Espacial James Webb , gracias a su enorme espejo (6,5 m de diámetro) y alta resolución, sea capaz de detectar directamente exoplanetas, así como estudiar en detalle la composición de sus atmósferas [40] [41] .

Denominación

A los exoplanetas descubiertos actualmente se les asignan nombres que consisten en el nombre de la estrella alrededor de la cual orbita el planeta y una letra minúscula adicional del alfabeto latino, que comienza con la letra "b" (por ejemplo, 51 Pegasi b ). Al siguiente planeta se le asigna la letra "c", luego "d", y así sucesivamente alfabéticamente. Al mismo tiempo, la letra "a" no se usa en el nombre, ya que tal nombre implicaría la estrella misma. Además, debe prestar atención al hecho de que los planetas se nombran en el orden de su descubrimiento, es decir, el planeta "c" puede estar más cerca de la estrella que el planeta "b", simplemente fue descubierto más tarde (como, por ejemplo , en Gliese 876 ). Si el descubrimiento de planetas en un sistema se anuncia al mismo tiempo, el nombre se asigna en orden de distancia a la estrella.

Hubo una excepción en los nombres de los exoplanetas . El hecho es que antes del descubrimiento del sistema 51 Pegasus en 1995, los exoplanetas se llamaban de otra manera. Los primeros exoplanetas descubiertos alrededor del púlsar PSR 1257+12 fueron nombrados en mayúsculas PSR 1257+12 B y PSR 1257+12 C. Además, tras el descubrimiento de un nuevo planeta más cercano a la estrella, se le denominó PSR 1257+12 A , no D. Posteriormente, estos planetas fueron renombrados para evitar confusiones de acuerdo con el moderno sistema de nombres de exoplanetas.

Algunos exoplanetas tienen " apodos " no oficiales adicionales (como 51 Pegasi b se denomina informalmente "Bellerophon"). En la comunidad científica, la asignación sistemática de nombres personales oficiales a los planetas se considera poco práctica, sin embargo, como una acción única en 2015, la Unión Astronómica Internacional realizó una votación mundial [42] , donde se eligieron los nombres de los más famosos . sistemas planetarios. Como resultado, se dieron nombres propios a 14 estrellas y 31 exoplanetas a su alrededor [43] .

Exoplanetas habitables y habitables

Según las previsiones de los científicos, solo en la galaxia de la Vía Láctea (donde se encuentra nuestro planeta Tierra ) su número, según los últimos datos, es de al menos 300 millones. Por planetas habitables se entiende la presencia de microbios , plantas y animales en ellos , pero no necesariamente civilizaciones u otra forma de vida inteligente. [44] Los cálculos realizados por los científicos han demostrado que si se descubre un solo planeta con posibles rastros de vida en las próximas décadas, esto significará que hay otros mundos similares en nuestra galaxia con una probabilidad del 95-97%. [45]

Propiedades de los exoplanetas

Se han encontrado planetas en aproximadamente el 10% de las estrellas incluidas en los programas de búsqueda. Su participación está creciendo con la acumulación de datos y la mejora de las técnicas de observación.

Al principio, la mayoría de los exoplanetas descubiertos eran planetas gigantes (ya que otros tipos de planetas son más difíciles de detectar). Sin embargo, a estas alturas (2012) se han descubierto muchos planetas con masas del orden de la masa de Neptuno e inferior. De los 2326 candidatos descubiertos por Kepler, 207 son aproximadamente del tamaño de la Tierra, 680 son del tamaño de una súper Tierra , 1181 son del tamaño de Neptuno, 203 son del tamaño de Júpiter y 55 son más grandes que Júpiter.

Existe una dependencia del número de planetas gigantes del contenido de elementos pesados ​​(metales) en las estrellas. Los sistemas con planetas gigantes también se encuentran principalmente en estrellas de tipo solar ( clases K5-F5), mientras que en las enanas rojas su proporción es mucho menor (hasta ahora solo se han encontrado tres sistemas de este tipo en 200 enanas rojas observadas). Recientes descubrimientos realizados por microlente gravitacional indican la presencia generalizada de sistemas con planetas de masa media como Urano y Neptuno en lugar de gigantes gaseosos. Esto se aplica principalmente a estrellas de baja masa y estrellas con bajo contenido de metal.

Para varios planetas, se ha obtenido una estimación de su diámetro, lo que permite determinar su densidad, así como hacer suposiciones sobre la presencia de núcleos masivos compuestos por elementos pesados. Astrónomos europeos liderados por Tristan Guillot del Observatorio de la Costa Azul (Francia) encontraron que al comparar la densidad de los planetas con el contenido de metales en sus estrellas, existe una cierta correlación. Los planetas formados alrededor de estrellas que son tan ricas en metal como nuestro Sol tienen núcleos pequeños, mientras que los planetas cuyas estrellas contienen dos o tres veces más metal tienen núcleos mucho más grandes.

Para los exoplanetas que se mueven en órbitas con una gran excentricidad y que consisten en varias capas de materia ( corteza , manto y núcleo ), las fuerzas de marea pueden liberar energía térmica, lo que puede contribuir a la creación y mantenimiento de condiciones favorables para la vida en el cuerpo cósmico, y su órbita, con el tiempo, puede evolucionar hacia una circuncircular [47] .

El exoplaneta más cercano conocido en términos de condiciones a la Tierra , conocido a partir de 2021, es TOI-700 d , en el que la temperatura, según estimaciones preliminares, está en el rango de 0 a 40 °C. También es teóricamente posible que exista un suministro de agua líquida en este planeta (lo que implica la posibilidad de vida ).

Algunos sistemas exoplanetarios

Consecuencias del descubrimiento de exoplanetas

El descubrimiento de exoplanetas permitió a los astrónomos concluir que los sistemas planetarios son un fenómeno extremadamente común en el espacio. Hasta ahora, no existe una teoría generalmente aceptada sobre la formación de planetas, pero ahora que es posible resumir las estadísticas, la situación en esta área está cambiando para mejor. La mayoría de los sistemas descubiertos son muy diferentes del solar; lo más probable es que esto se deba a la selectividad de los métodos utilizados (es más fácil detectar planetas de período corto y/o masivos). En la mayoría de los casos, los planetas similares a la Tierra , y más pequeños, por el momento (agosto de 2012), solo pueden ser detectados por el método de tránsito .

Exoplanetas "Cierre"

Un estudio cuidadoso del espectro de la estrella WASP-9 utilizando el espectrómetro de alta precisión HARPS reveló rastros de un segundo espectro estelar en ella. Así, el planeta WASP-9 b no existe [53] . El mismo destino corrió Alpha Centauri B b  , un planeta propuesto en un sistema estelar cercano. Un nuevo análisis de una serie de 459 mediciones de la velocidad radial de la estrella Alpha Centauri B mostró que el período de oscilación de 3,26 días se debe a las características del procesamiento de datos [54] .

Clases de exoplanetas

Sudarsky identifica los siguientes tipos de exoplanetas:

Catálogos de exoplanetas

Notas

  1. El telescopio James Webb fotografió por primera vez un planeta fuera del sistema solar // IXBT.com , 2/09/2022
  2. Jean Schneider. La enciclopedia de planetas extrasolares - Listado de catálogos  . Enciclopedia de planetas extrasolares (27 de enero de 2015). Consultado el 23 de abril de 2014. Archivado desde el original el 28 de enero de 2015.
  3. 12 Estadísticas de candidatos y exoplanetas . Archivo de exoplanetas de la NASA .
  4. El satélite TESS descubrió 2200 candidatos a exoplanetas
  5. Los científicos han revisado radicalmente el número de exoplanetas . Archivado el 15 de enero de 2012 en Wayback Machine .
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Literatura

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