Gran peligro para los planetas más calientes.


Representación artística de un “Júpiter caliente” llamado KELT-9b, el exoplaneta más caliente conocido, tan caliente, según un nuevo artículo, que incluso las moléculas en su atmósfera se hacen pedazos.
Créditos: NASA / JPL-Caltech

Los gigantes gaseosos masivos llamados “Júpiteres calientes”, planetas que orbitan demasiado cerca de sus estrellas como para sostener la vida, son algunos de los mundos más extraños que se encuentran más allá de nuestro Sistema Solar. Las nuevas observaciones muestran que el más caliente de todos, es aún más extraño, propenso a colapsos planetarios tan severos que desgarran las moléculas que componen su atmósfera.

Llamado KELT-9b, el planeta es un Júpiter ultracaliente, una de las variedades de exoplanetas, planetas alrededor de otras estrellas, que se encuentran en nuestra galaxia. Pesa casi tres veces la masa de nuestro propio Júpiter y orbita una estrella a unos 670 años luz de distancia. Con una temperatura superficial de 4,300 grados Celsius, más caliente que algunas estrellas, este planeta es el más caliente encontrado hasta ahora.

Ahora, un equipo de astrónomos que usa el telescopio espacial Spitzer de la NASA ha encontrado evidencia de que el calor es demasiado, incluso para que las moléculas permanezcan intactas. Es probable que las moléculas de gas hidrógeno se desgarren en el lado del día de KELT-9b, sin poder volver a formarse hasta que sus átomos desunidos fluyan hacia el lado nocturno del planeta.

A pesar de que es extremadamente caluroso, el ligero enfriamiento del lado nocturno es suficiente para permitir que las moléculas de gas hidrógeno se reformen, hasta que fluyan de regreso al lado del día, donde se desgarran nuevamente.

“Este tipo de planeta tiene una temperatura tan extrema que está un poco separado de muchos otros exoplanetas”, dijo Megan Mansfield, estudiante graduada de la Universidad de Chicago y autora principal de un nuevo artículo que revela estos hallazgos. “Hay otros Júpiteres calientes y Júpiteres ultracalientes que no son tan calientes pero si lo suficientemente cálidos como para que ocurra este efecto”.

Los hallazgos, publicados en Astrophysical Journal Letters, muestran la creciente sofisticación de la tecnología y los análisis necesarios para explorar estos mundos muy distantes. La ciencia apenas comienza a observar las atmósferas de los exoplanetas, examinando las crisis moleculares de los más cálidos y brillantes.

KELT-9b permanecerá firmemente clasificado entre los mundos inhabitables. Los astrónomos se dieron cuenta de su entorno extremadamente hostil en 2017, cuando se detectó por primera vez utilizando el sistema Kilodegree Extremely Little Telescope (KELT), un esfuerzo combinado que involucra observaciones de dos telescopios robóticos, uno en el sur de Arizona y otro en Sudáfrica.

En el estudio Astrophysical Journal Letters, el equipo científico usó el telescopio espacial Spitzer para analizar los perfiles de temperatura de este gigante infernal. Spitzer, que hace observaciones en luz infrarroja, puede medir variaciones sutiles en el calor. Repetidas durante muchas horas, estas observaciones le permiten a Spitzer capturar los cambios en la atmósfera a medida que el planeta se presenta en fases mientras orbita la estrella. Diferentes mitades del planeta aparecen a la vista mientras orbita alrededor de su estrella.

Eso permitió al equipo echar un vistazo a la diferencia entre el lado del día de KELT-9b y su “noche”. En este caso, el planeta orbita su estrella con tanta fuerza que un “año”, una vez alrededor de la estrella, toma solo 1 día y medio. Eso significa que el planeta está bloqueado por mareas, presentando una cara a su estrella todo el tiempo (como nuestra Luna, que presenta solo una cara a la Tierra). En el otro lado de KELT-9b, la noche es continua.

Pero los gases y el calor fluyen de un lado a otro. Una gran pregunta para los investigadores que intentan comprender las atmósferas de exoplanetas es cómo se equilibran la radiación y el flujo.

Los modelos de ordenador son herramientas importantes en tales investigaciones, que muestran cómo es probable que estas atmósferas se comporten a diferentes temperaturas. El mejor ajuste para los datos de KELT-9b fue un modelo que incluía moléculas de hidrógeno que se desgarraban y se volvían a ensamblar, un proceso conocido como disociación y recombinación.

“Si no se tiene en cuenta la disociación de hidrógeno, se obtienen vientos muy rápidos de 60 kilómetros por segundo”, dijo Mansfield. “Eso probablemente no sea posible”.

KELT-9b resulta no tener grandes diferencias de temperatura entre sus lados diurnos y nocturnos, lo que sugiere un flujo de calor de uno a otro. Y el “punto caliente” en el lado del día, que se supone que está directamente frente a la estrella de este planeta, se aleja de su posición esperada. Los científicos no saben por qué, otro misterio por resolver en este planeta extraño y cálido.

El programa Artemis de la NASA y el Centro Espacial Stennis prepararon el escenario para las pruebas de 2020.


Créditos: NASA/SSC

Todos los ojos están puestos en el sur de Mississippi con la entrega e instalación este mes de la primera etapa central del cohete del Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS) de la NASA al Centro Espacial Stennis para una serie de pruebas Green Run antes de su vuelo Artemis I.

La prueba Green Run será la primera prueba integrada de arriba a abajo de los sistemas de la etapa antes de su primer vuelo. La prueba se realizará en el banco de pruebas B-2 en Stennis, ubicado cerca de Bay St. Louis, Mississippi, sitio de prueba de propulsión con cohetes más grande del país. Las pruebas de Green Run se llevarán a cabo durante varios meses y culminarán con un encendido en caliente de ocho minutos de duración de los cuatro motores RS-25 de la etapa para generar 2 millones de kilos de empuje, como durante un lanzamiento real.

“Esta serie de pruebas críticas demostrará que el sistema de propulsión de la etapa central del cohete está listo para su lanzamiento en misiones al espacio profundo”, dijo el director de Stennis, Rick Gilbrech. “La cuenta atrás para la próxima gran era de exploración espacial de esta nación está avanzando”.

La NASA está construyendo SLS como el cohete más poderoso del mundo para devolver a los humanos al espacio profundo, a destinos como la Luna y Marte. A través del programa Artemis, la NASA enviará a la primera mujer y al próximo hombre a la Luna para 2024. Artemis I será un vuelo de prueba sin la tripulación del cohete y su nave espacial Orión. Artemis II llevará a los astronautas a la órbita lunar. Artemisa III enviará astronautas a la superficie de la Luna.

La etapa central SLS, la etapa de cohete más grande jamás construida por la NASA, mide 64 metros de alto y casi 8,5 metros de diámetro. Está equipado con aviónica de última generación, kilómetros de cables, sistemas de propulsión y tanques de propulsores que contienen un total de 3000000 litros de oxígeno líquido e hidrógeno líquido para alimentar los cuatro motores RS-25 durante el lanzamiento. El escenario principal fue diseñado por la NASA y Boeing en Huntsville, Alabama, y ​​luego fue fabricado en las instalaciones de la Asamblea Michoud de la NASA en Nueva Orleans por el contratista principal Boeing, con aportes y contribuciones de más de 1,100 empresas grandes y pequeñas de 44 estados.


Creditos: NASA/SSC

“La entrega de la etapa central del cohete Space Launch System a Stennis para su prueba es un hito histórico épico”, dijo Julie Bassler, gerente de etapas de SLS. “Mi equipo espera dar vida a este hardware de vuelo y realizar esta prueba vital que demostrará la capacidad de proporcionar 1 millón de kilos de empuje para enviar la misión Artemis I al espacio”.

El escenario fue transportado de Michoud a Stennis a bordo de la barcaza Pegasus especialmente equipada. Llegó al muelle B-2 el 12 de enero y se extendió sobre el asfalto del banco de pruebas esa noche. Luego, comenzaron a instalar el equipo de tierra necesario para levantar el escenario en una posición vertical y en el soporte.

Creditos: NASA/SSC

El levantamiento se realizó del 21 al 22 de enero, lo que proporcionó condiciones climáticas y de viento óptimas. Los equipos ahora asegurarán completamente el escenario en su lugar y colocarán los sistemas para las pruebas.

La NASA completó amplias modificaciones para preparar el stand B-2 para la serie de pruebas. El stand tiene una historia notable, ya que se utilizó para probar las etapas de Saturno V que ayudaron a lanzar astronautas a la Luna como parte del Programa Apolo y el sistema de propulsión de tres motores del transbordador espacial antes de su primer vuelo.

La preparación del soporte para la prueba de la etapa central de SLS requirió actualizaciones de todos los sistemas principales del soporte, así como el sistema de alta presión que proporciona cientos de miles de litros de agua necesarios durante una prueba. También implicó agregar medio millón de kilos de acero fabricado al marco del Artículo de Prueba de Propulsión Principal que sostendrá la plataforma central montada y extenderá la gran grúa de torre de perforación sobre el soporte que se usará para levantar la plataforma SLS en su lugar.

Una vez instalado en el stand, los operadores comenzarán a probar cada uno de los sofisticados sistemas de la etapa. Entre otras cosas, potenciarán la aviónica; conducir el sistema de propulsión principal y las verificaciones de fugas del motor; y verifique el sistema hidráulico y la unidad de control del vector de empuje que permite rotar los motores para conducir el empuje y “dirigir” la trayectoria del cohete.

Creditos: NASA/SSC

También llevarán a cabo una cuenta regresiva simulada, así como un “ensayo de vestimenta húmeda”, en el que los propulsores se cargan y fluirán por todo el sistema del escenario. El ejercicio de ensayo finalizará justo antes del encendido del motor, con el fuego caliente completo de cuatro motores en los próximos días.

Después de la prueba de fuego caliente, las tripulaciones planean realizar trabajos de renovación en el escenario e inspeccionarlo y configurarlo para su envío al Centro Espacial Kennedy. El escenario será retirado del stand, bajado a su posición horizontal en el asfalto y recargado en Pegasus para el viaje a Florida.

En Kennedy, el escenario se unirá con otros elementos de SLS y se preparará para su lanzamiento. La próxima vez que enciendan sus cuatro motores RS-25, Artemis I tomará vuelo.

Creditos: NASA/SSC

NESSI surge como una nueva herramienta para estudiar atmósferas de exoplanetas.


El telescopio Hale está ubicado en la montaña Palomar en el condado de San Diego, California. Crédito: NASA / JPL-Caltech

El instrumento infrarrojo del telescopio Hale del Observatorio Palomar tiene la promesa de profundizar nuestra comprensión de los planetas más allá de nuestro Sol.

La oscuridad que rodea el telescopio Hale se rompe con una franja de cielo azul cuando la cúpula comienza a abrirse, chirriando con sonidos metálicos de ciencia ficción sobre la montaña Palomar del condado de San Diego. El observatorio histórico huele a petróleo bombeado para soportar los cojinetes que hacen que este telescopio gigante flote muy ligeramente mientras se mueve para rastrear las estrellas.

Desde febrero de 2018, los científicos han estado probando un instrumento en el Telescopio Hale llamado Instrumento de Estudio Espectroscópico de Exoplanetas de Nuevo México, o NESSI. Una colaboración entre el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, y el Instituto de Minería y Tecnología de Nuevo México, NESSI fue construida para examinar las atmósferas de los planetas que orbitan estrellas más allá de nuestro Sol, o exoplanetas, proporcionando nuevas ideas sobre cómo son estos mundos.

Hasta ahora, NESSI ha examinado dos “Júpiter calientes”, gigantes de gas masivos que orbitan cerca de sus estrellas y demasiado abrasadores para mantener la vida. Uno, llamado HD 189773b, tiene temperaturas y vientos tan extremos que puede llover vidrio lateralmente allí. El otro, WASP-33b, tiene una capa “protector solar” de la atmósfera, con moléculas que absorben la luz ultravioleta y visible.

Recientemente, NESSI observó estos planetas cruzando sus estrellas anfitrionas, demostrando que el instrumento podría ayudar a confirmar posibles planetas previamente observados por otros telescopios. Ahora está listo para estudios más detallados de primos lejanos de nuestro Sistema Solar. Y aunque el instrumento está diseñado para mirar planetas mucho más grandes que la Tierra, los métodos de NESSI podrían usarse para buscar planetas del tamaño de la Tierra una vez que las tecnologías futuras estén disponibles.

“NESSI es una herramienta poderosa para ayudarnos a conocer a la familia”, dijo Mark Swain, astrofísico y líder del JPL para NESSI. “Hace veinticinco años, hasta donde sabemos, pensábamos que estábamos solos. Ahora sabemos que, al menos en términos de planetas, no lo estamos, y que esta familia es extensa y muy diversa”.

Por qué NESSI

NESSI ve la galaxia en luz infrarroja, que es invisible para el ojo humano. Mira fijamente a las estrellas individuales para observar el oscurecimiento de la luz cuando un planeta pasa frente a su estrella anfitriona, un evento llamado tránsito. Del tránsito, los astrónomos pueden aprender qué tamaño tiene el planeta en relación con su estrella anfitriona. Cuando el planeta pasa directamente detrás de la estrella y vuelve a emerger, se llama eclipse. NESSI puede buscar firmas de moléculas de la atmósfera del planeta detectables a la luz de las estrellas antes y después del eclipse.

Dentro de NESSI, los dispositivos que enfocan la luz infrarroja la extienden en un arco iris o espectro, filtrándola para longitudes de onda particulares que se relacionan con la química atmosférica de planetas distantes.

“Podemos seleccionar las partes del espectro donde están las moléculas, porque eso es realmente lo que estamos buscando en el infrarrojo en estos exoplanetas: firmas moleculares como el dióxido de carbono y el agua y el metano, para reflejar que hay algo interesante en marcha en ese planeta en particular “, dijo Michelle Creech-Eakman, investigadora principal de NESSI en New Mexico Tech.

NESSI está equipado para dar seguimiento a los descubrimientos de otros observatorios, como el Satélite de Estudio de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA. TESS escanea todo el cielo en luz visible en busca de planetas alrededor de estrellas brillantes y cercanas, pero los candidatos a planetas que descubra deben confirmarse a través de otros métodos. Eso es para asegurarse de que estas señales que TESS detecta en realidad provienen de tránsitos planetarios, no de otras fuentes.

NESSI también puede ayudar a tender un puente entre la ciencia de TESS y el telescopio espacial James Webb de la NASA, programado para lanzarse en 2021. El observatorio espacial más grande y complejo que jamás haya volado, Webb estudiará planetas individuales para conocer sus atmósferas y si contienen moléculas asociadas con habitabilidad. Pero dado que el tiempo de Webb será precioso, los científicos quieren señalarlo solo a los objetivos más interesantes y accesibles. Por ejemplo, si NESSI no ve firmas moleculares alrededor de un planeta, eso implica que las nubes están bloqueando su atmósfera, por lo que es poco probable que sea un buen objetivo para Webb.

“Esto nos ayuda a ver si un planeta está despejado, nublado o brumoso”, dijo Rob Zellem, astrofísico y responsable de la puesta en marcha del JPL en NESSI. “Y si está claro, veremos las moléculas. Y si luego vemos las moléculas, dirán, ‘Oye, es un gran objetivo para mirar con James Webb o Hubble o cualquier otra cosa'”.

Una ventana a la galaxia

NESSI comenzó como un concepto en 2008 cuando Swain visitó la clase de astrobiología de Creech-Eakman en New Mexico Tech. Mientras tomaba un café, Swain le contó a su colega sobre las observaciones de exoplanetas que había hecho con un telescopio terrestre que no resultó bien. Creech-Eakman se dio cuenta de que un instrumento diferente combinado con el telescopio adecuado podría lograr los objetivos de Swain. En una servilleta, los dos bosquejaron una idea de lo que se convertiría en NESSI.

Diseñaron el instrumento para el Observatorio Magdalena Ridge en Magdalena, Nuevo México. Pero una vez que los investigadores comenzaron a usarlo en abril de 2014, el instrumento no funcionó como se esperaba.

Swain sugirió trasladar NESSI al telescopio Hale de 200 pulgadas de Palomar, que es mucho más grande y potente, y también más accesible para el equipo. Propiedad y operado por Caltech, que administra JPL para la NASA, Palomar ha proporcionado noches de observación para investigadores de JPL.

La reubicación de NESSI, un dispositivo cilíndrico azul de 1,5 metros de altura, con cables que salen de él, no fue solo una cuestión de colocarlo en un camión y conducir hacia el suroeste. Los sistemas eléctricos y ópticos necesitaban ser reelaborados para su nuevo host y luego volver a probarse. NESSI también necesitaba una forma de comunicarse con un telescopio diferente, por lo que el estudiante de doctorado de la Universidad de Arizona, Kyle Pearson, desarrolló un software para operar el instrumento en Palomar. A principios de 2018, NESSI estaba listo para escalar la montaña.

Una grúa levantó NESSI más de 30 metros a la parte superior del telescopio Hale el 1 de febrero de 2018. Los técnicos instalaron el instrumento en una “jaula” en el foco principal del Hale, que permite que toda la luz del telescopio de 530 toneladas sea canalizado a los detectores de NESSI.

El equipo celebró la observación de la primera estrella de NESSI, el 2 de febrero de 2018, pero entre el tiempo limitado del telescopio y el clima voluble, pasaría más de un año de pruebas y resolución de problemas.

“Localizamos los problemas y los solucionamos. Ese es el nombre del juego”, dijo Creech-Eakman.

A medida que el equipo continuó haciendo ajustes en 2019, Swain llamó a un estudiante de secundaria local para diseñar un deflector, un dispositivo cilíndrico para ayudar a dirigir más luz a los sensores de NESSI. Esta pieza se imprimió en 3D en el taller de máquinas de JPL.

Cuando NESSI finalmente detectó planetas en tránsito el 11 de septiembre de 2019, el equipo no se detuvo para abrir champán. Los investigadores ahora están trabajando en las mediciones de la atmósfera de HD 189773b. El equipo también ha compilado una lista de exoplanetas con los que continuarán.

“Es realmente gratificante, finalmente, ver que todo nuestro arduo trabajo está dando sus frutos y que estamos haciendo que NESSI trabaje”, dijo Zellem. “Ha sido un largo viaje, y es realmente gratificante ver que esto suceda, especialmente en tiempo real”.

Cómo el telescopio Webb de la NASA continuará el legado de Spitzer.


El Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, entonces conocido como la Instalación del Telescopio Infrarrojo Espacial, se lanza desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral en Florida el lunes 25 de agosto de 2003. Crédito: NASA

Si bien el telescopio espacial Spitzer se dirige a la jubilación, muchos de sus avances se estudiarán con mayor precisión con el próximo telescopio espacial James Webb de la NASA.

A medida que se cierra una ventana al Universo, se abrirá otra con una vista aún mejor. Algunos de los mismos planetas, estrellas y galaxias que vimos por primera vez en la primera ventana aparecerán con detalles aún más nítidos en la que pronto se abrirá.

El telescopio espacial Spitzer de la NASA concluye su misión el 30 de enero de 2020, después de más de 16 años extraordinarios de exploración. El telescopio ha realizado muchos descubrimientos más allá de la imaginación de sus diseñadores, como los planetas fuera de nuestro Sistema Solar, llamados exoplanetas y galaxias que se formaron cerca del comienzo del Universo. Muchos de los avances de Spitzer se estudiarán con mayor precisión con el próximo telescopio espacial James Webb, que se lanzará en 2021.

“Tenemos muchas preguntas nuevas que hacer sobre el Universo debido a Spitzer”, dijo Michael Werner, científico del proyecto Spitzer con sede en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California. “Es muy gratificante saber que hay un conjunto tan poderoso de capacidades que vienen para dar seguimiento a lo que hemos podido comenzar con Spitzer”.

Tanto Webb como Spitzer están especializados para la luz infrarroja, que es invisible para los ojos humanos. Pero con su espejo gigante de berilio recubierto de oro y nueve nuevas tecnologías, Webb es aproximadamente 1,000 veces más poderoso. El próximo telescopio podrá llevar los hallazgos científicos de Spitzer a nuevas fronteras, desde la identificación de productos químicos en atmósferas de exoplanetas hasta la localización de algunas de las primeras galaxias que se formarán después del Big Bang.

Más allá de sus descubrimientos, Spitzer también es un pionero para Webb en términos de cómo operar un telescopio de este tipo. Para medir la luz infrarroja con alta sensibilidad, un telescopio debe estar muy frío. Spitzer ha mostrado a los ingenieros cómo se comporta un observatorio infrarrojo en la inmensidad del espacio y qué temperaturas deben esperar los planificadores de misiones para Webb.

“Tener un gran telescopio en el espacio es difícil. Pero tener un enorme telescopio frío es mucho más difícil”, dijo Amber Straughn, científico adjunto del proyecto para James Webb Space Telescope Science Communications. “Spitzer nos ayudó a aprender cómo operar mejor un telescopio muy frío en el espacio”.

Con más de 8,700 artículos científicos publicados basados ​​en los descubrimientos de Spitzer, el telescopio ha sido un gran activo para los astrónomos en una variedad de disciplinas. Muchos de estos resultados tentadores están listos para volver a visitarlos con un telescopio más potente, y Webb está listo para comenzar a investigarlos al principio de su misión. Aquí hay una muestra de los logros de Spitzer sobre los que se basará Webb.

Exoplanetas

Uno de los descubrimientos más impresionantes de Spitzer fue que no solo hay tres, sino siete planetas rocosos del tamaño de la Tierra que orbitan una pequeña y débil estrella llamada TRAPPIST-1. TRAPPIST-1 es uno de los sistemas planetarios mejor estudiados, aparte del nuestro, pero hay mucho más que aprender al respecto.

El cuarto planeta desde la estrella, TRAPPIST-1e, es especialmente interesante porque tiene una densidad y gravedad superficial muy similar a la de la Tierra y recibe suficiente radiación estelar para tener temperaturas lo suficientemente amigables para el agua líquida. Webb observará este planeta para tener una mejor idea de si el planeta tiene una atmósfera y, de ser así, cuál es su química.

La presencia de moléculas como el dióxido de carbono, dominante en Marte y Venus, tendría implicaciones sobre si un planeta podría tener agua líquida y otras condiciones habitables. Webb también podrá detectar el agua atmosférica. Además, Webb buscará calor proveniente de TRAPPIST-1b, el planeta más cercano a su estrella.

“La diversidad de atmósferas alrededor de los mundos terrestres probablemente esté más allá de nuestra imaginación más salvaje”, dijo Nikole Lewis, profesora asistente de astronomía en la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York. “Obtener información sobre el aire en estos planetas será muy útil”.

WASP-18b es otro planeta intrigante que Spitzer examinó y que Webb investigará más a fondo en observaciones al principio de la misión. Este gigante gaseoso, con 10 veces la masa de Júpiter, se encuentra extremadamente cerca de su estrella, completando una órbita una vez cada 23 horas. Debido a su alta temperatura, la friolera de 4.800 grados Fahrenheit (2.650 grados Celsius) y su gran tamaño, se le conoce como un “Júpiter caliente”. Utilizando datos de Spitzer y Hubble, los astrónomos descubrieron en 2017 que este planeta tiene una gran cantidad de monóxido de carbono en su atmósfera superior y poco vapor de agua. Este planeta es particularmente interesante porque está tan cerca de su estrella que está en peligro de ser destruido por completo, y es posible que no sobreviva un millón de años más. Los astrónomos están interesados ​​en usar Webb para observar los procesos que suceden en la atmósfera de este planeta, lo que proporcionará información sobre los Júpiter calientes en general.

Spitzer también ha entregado informes meteorológicos sin precedentes para exoplanetas. En 2007, realizó el primer mapa de la superficie de un exoplaneta, el caliente Jupiter HD 189733b, que muestra sus variaciones de temperatura y la cima de las nubes. Más recientemente, en 2016, Spitzer destacó los patrones climáticos de 55 Cancri e, un mundo posiblemente cubierto de lava de más del doble del tamaño de la Tierra. Pero los mapas de Spitzer han dado a los científicos mucho en qué pensar mientras buscan investigaciones adicionales con Webb.

Otros objetos exóticos

Spitzer también ha avanzado en la identificación y caracterización de enanas marrones. Una enana marrón es más grande que un planeta pero menos masiva que una estrella, y mientras las estrellas generan su propia energía al fusionar hidrógeno, las enanas marrones no lo hacen. Spitzer ha podido mirar las nubes en atmósferas enanas marrones y observar cómo se mueven y cambian de forma con el tiempo. Webb también examinará las propiedades de las nubes enanas marrones y profundizará en la física de estos misteriosos objetos.

La luz infrarroja también ha sido revolucionaria para observar discos de gas y polvo que orbitan estrellas, y tanto Spitzer como Webb son sensibles al brillo infrarrojo de este material. Los discos que Spitzer ha estudiado contienen las materias primas para hacer planetas y pueden representar el estado de nuestro Sistema Solar antes de que se formaran la Tierra y sus vecinos. Spitzer ha visto partículas alrededor de estrellas jóvenes que comienzan a transformarse en semillas de pequeños cuerpos planetarios, y que algunos discos tienen materiales similares a los que se ven en los cometas de nuestro Sistema Solar. Webb puede mirar los mismos discos y descubrir aún más sobre el proceso de formación planetaria.

Montones de galaxias

A medida que la luz viaja de objetos distantes a la Tierra, su longitud de onda se alarga porque el Universo se expande y esos objetos se alejan de nosotros. Al igual que el sonido de una sirena parece bajar en tono cuando una ambulancia se aleja, la luz de las galaxias distantes también disminuye en frecuencia, un fenómeno llamado “desplazamiento al rojo”. Eso significa que las estrellas que emiten luz visible en el Universo temprano aparecerán en el infrarrojo cuando su luz llegue a la Tierra. Esto hace que la luz infrarroja sea una herramienta especialmente poderosa para explorar el pasado antiguo del Universo.

Identificar cientos de miles de millones de galaxias es actualmente imposible, pero Spitzer ha creado grandes catálogos de galaxias que representan diferentes sectores del Universo, que contienen algunas de las galaxias más distantes que conocemos. Las grandes áreas de estudio del Spitzer y el telescopio espacial Hubble han permitido a los astrónomos buscar de manera eficiente objetos que podrían estudiarse con más detalle con Webb.

Por ejemplo, Spitzer, junto con Hubble, tomó una imagen de una galaxia llamada GN-z11, que tiene el récord de la galaxia más distante medida hasta ahora. Es una reliquia de cuando el Universo tenía solo 400 millones de años, solo el 3% de su edad actual y menos del 10% de su tamaño actual.

“Spitzer estudió a miles de galaxias, cartografió la Vía Láctea y realizó otras hazañas innovadoras al observar grandes áreas del cielo”, dijo Sean Carey, gerente del Centro de Ciencias Spitzer en Caltech / IPAC en Pasadena, California. “Webb no tendrá esta capacidad, pero volverá a visitar algunos de los objetivos más interesantes en lo0s estudios de Spitzer para revelarlos con una claridad sorprendente”.

Además, la mayor sensibilidad de Webb permitirá que el telescopio busque galaxias que datan incluso antes en el Universo. Y todavía abundan las preguntas sobre estas galaxias distantes: ¿Hay muchas estrellas formándose en ellas o relativamente pocas? ¿Son ricos en gas o pobres? ¿Hay agujeros negros en sus centros y cómo interactúan esos agujeros negros con las estrellas? Y, los científicos han reflexionado sobre un problema de huevo y gallina durante décadas sobre cuál fue primero: ¿el agujero negro o la galaxia circundante?

“Podremos ver algunas de las primeras galaxias que se formaron en el Universo que nunca hemos visto antes”, dijo Straughn.

Más cerca de casa, Spitzer también estudió muchos ejemplos de un tipo misterioso de galaxia llamada galaxia infrarroja luminosa, o LIRG. Tales galaxias generan decenas a cientos de veces más energía por segundo que una galaxia típica, y la mayor parte de esa energía toma la forma de luz infrarroja lejana. Los científicos han utilizado Spitzer para estudiar LIRG y aprender sobre la formación de estrellas y el crecimiento de agujeros negros durante los períodos de rápida evolución cuando las galaxias colisionan y se fusionan. Tales colisiones fueron aún más comunes hace 6 mil millones a 10 mil millones de años e influyeron en la evolución del Universo tal como lo conocemos.

“Webb se inspirará en Spitzer y examinará una variedad de LIRG cercanos y distantes para aprender más sobre el papel de las fusiones galácticas, las explosiones de formación de estrellas y el crecimiento de agujeros negros supermasivos en la evolución galáctica a lo largo del tiempo cósmico”, dijo Lee Armus de Caltech, quien dirigirá un programa de observación de LIRG para Webb.

Durante más de 16 años, Spitzer trazó muchas de las preguntas más urgentes en astronomía infrarroja. Ahora le corresponde a Webb volver a visitarlos con una visión más nítida, a través de una ventana más grande hacia el cosmos.

Observando a Titán en busca de signos de vida.


Crédito de imagen: NASA / JHU-APL

El próximo destino de la NASA en el Sistema Solar es el mundo único y rico en materia orgánica: Titán. Avanzando en nuestra búsqueda de los componentes básicos de la vida, la misión Dragonfly explorará múltiples destinos para muestrear y examinar la luna helada de Saturno.

Está previsto que Dragonfly se lance en 2026 y llegue en 2034. El helicóptero volará a docenas de lugares prometedores en Titán en busca de procesos químicos prebióticos comunes tanto en Titán como en la Tierra. Dragonfly marca la primera vez que la NASA hará volar un vehículo científico multirrotor en otro planeta; tiene ocho rotores y vuela como un gran dron. Aprovechará la densa atmósfera de Titán, cuatro veces más densa que la de la Tierra, para convertirse en el primer vehículo en volar con toda su carga útil científica para acceder específicamente a materiales de la superficie.

Titán es un análogo a la Tierra primitiva, y puede proporcionar pistas sobre cómo puede haber surgido la vida en nuestro planeta. Durante su misión de línea de base de 2,7 años, Dragonfly explorará diversos entornos desde dunas orgánicas hasta la superficie de un cráter de impacto donde el agua líquida y los materiales orgánicos complejos clave para la vida, existieron juntos durante posiblemente decenas de miles de años. Sus instrumentos estudiarán hasta dónde puede haber progresado la química prebiótica. También investigarán las propiedades atmosféricas y superficiales de la luna y sus depósitos subterráneos de reservas de líquido. Además, los instrumentos buscarán evidencia química de vidas pasadas o existentes.

El nuevo rover lunar de la NASA probado en el laboratorio de operaciones lunares.


Crédito de imagen: NASA / Bridget Caswell, Servicios técnicos de Alcyon

Un modelo de ingeniería del vehículo polar de exploración de volátiles, o VIPER, se prueba en el Laboratorio de Operaciones Lunares Simuladas en el Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland, Ohio. Del tamaño de un carrito de golf, VIPER es un robot móvil que deambulará por el Polo Sur de la Luna en busca de hielo de agua en la región y, por primera vez, probará el hielo de agua en el mismo polo donde la primera mujer y el próximo hombre aterrizarán en 2024 bajo el programa Artemis.

El contenedor de tierra grande y ajustable contiene simuladores lunares y permite a los ingenieros imitar el terreno de la Luna. Ingenieros del Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston, donde el rover fue diseñado y construido, se unieron al equipo de Glenn para completar las pruebas. Los datos de prueba se utilizarán para evaluar la tracción del vehículo y las ruedas, determinar los requisitos de potencia para una variedad de maniobras y comparar métodos para atravesar pendientes pronunciadas. Los investigadores usan respiradores para protegerse de la sílice en el aire que está presente durante las pruebas.

VIPER es una colaboración dentro y más allá de la agencia. El Centro de Investigación de Ames de la NASA en Silicon Valley está administrando el proyecto, liderando la ciencia de la misión, la ingeniería de sistemas, las operaciones de superficie móvil en tiempo real y el software. Los instrumentos del rover son proporcionados por Ames, el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida y su socio comercial, Honeybee Robotics en California. La nave espacial, el módulo de aterrizaje y el vehículo de lanzamiento que entregarán VIPER a la superficie de la Luna se proporcionarán a través del programa de Servicios de Carga Lunar Comercial de la NASA, que entregará cargas útiles de ciencia y tecnología hacia y cerca de la Luna.

Hubble detecta los grupos de materia oscura más pequeños conocidos.


Cada una de estas instantáneas del Telescopio Espacial Hubble revela cuatro imágenes distorsionadas de un quásar de fondo y su galaxia anfitriona que rodea el núcleo central de una galaxia masiva en primer plano. La gravedad de la galaxia masiva en primer plano está actuando como una lupa deformando la luz del cuásar en un efecto llamado lente gravitacional. Los cuásares son faroles cósmicos extremadamente distantes, producidos por agujeros negros activos. Tales imágenes cuádruples de los cuásares son raras debido a la alineación casi exacta necesaria entre la galaxia de primer plano y el cuásar de fondo. Los astrónomos utilizaron el efecto de lente gravitacional para detectar los grupos más pequeños de materia oscura que se han encontrado. Los grupos se encuentran a lo largo de la línea de visión del telescopio hacia los cuásares, así como dentro y alrededor de las galaxias de lentes en primer plano. La presencia de las concentraciones de materia oscura altera el brillo aparente y la posición de cada imagen de cuásar distorsionada. Los astrónomos compararon estas mediciones con predicciones de cómo se verían las imágenes del cuásar sin la influencia de los grupos de materia oscura. Los investigadores utilizaron estas medidas para calcular las masas de las pequeñas concentraciones de materia oscura. La cámara 3 de campo ancho del Hubble, capturó la luz infrarroja cercana de cada cuásar, y la dispersó en sus colores componentes para estudiarla con espectroscopía. Las imágenes fueron tomadas entre 2015 y 2018.
Créditos: NASA, ESA, A. Nierenberg (JPL) y T. Treu (UCLA)

Utilizando el telescopio espacial Hubble de la NASA y una nueva técnica de observación, los astrónomos han descubierto que la materia oscura forma grupos mucho más pequeños que los conocidos previamente. Este resultado confirma una de las predicciones fundamentales de la teoría ampliamente aceptada de “materia oscura fría”.

Todas las galaxias, según esta teoría, se forman y están incrustadas dentro de las nubes de materia oscura. La materia oscura en sí misma consiste en partículas de movimiento lento o “frías” que se unen para formar estructuras que van desde cientos de miles de veces la masa de la galaxia de la Vía Láctea hasta grupos no más masivos que el peso de un avión comercial. (En este contexto, “frío” se refiere a la velocidad de las partículas).

La observación del Hubble arroja nuevos conocimientos sobre la naturaleza de la materia oscura y cómo se comporta. “Hicimos una prueba de observación muy convincente para el modelo de materia oscura fría y pasa con gran éxito”, dijo Tommaso Treu, de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), miembro del equipo de observación.

La materia oscura es una forma invisible de materia que constituye la mayor parte de la masa del universo y crea el andamiaje sobre el cual se construyen las galaxias. Aunque los astrónomos no pueden ver la materia oscura, pueden detectar su presencia indirectamente midiendo cómo su gravedad afecta a las estrellas y galaxias. Detectar las formaciones de materia oscura más pequeñas buscando estrellas incrustadas puede ser difícil o imposible, ya que contienen muy pocas estrellas.

Si bien se han detectado concentraciones de materia oscura alrededor de galaxias grandes y medianas, hasta ahora no se han encontrado grupos mucho más pequeños de materia oscura. Ante la falta de evidencia observacional para tales grupos a pequeña escala, algunos investigadores han desarrollado teorías alternativas, incluida la “materia oscura cálida”. Esta idea sugiere que las partículas de materia oscura se mueven rápidamente, comprimiéndose demasiado rápido para fusionarse y formar concentraciones más pequeñas. Las nuevas observaciones no respaldan este escenario, ya que encuentran que la materia oscura es “más fría” de lo que debería ser en la teoría alternativa de la materia oscura cálida.

“La materia oscura es más fría de lo que sabíamos a escalas más pequeñas”, dijo Anna Nierenberg, del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California. “Los astrónomos han llevado a cabo otras pruebas de observación de las teorías de la materia oscura antes, pero la nuestra proporciona la evidencia más sólida hasta ahora de la presencia de pequeños grupos de materia oscura fría. Al combinar las últimas predicciones teóricas, herramientas estadísticas y nuevas observaciones del Hubble, ahora tenemos un resultado mucho más robusto de lo que era posible anteriormente”.

La caza de concentraciones de materia oscura sin estrellas ha resultado ser un desafío. Sin embargo, el equipo de investigación del Hubble utilizó una técnica en la que no necesitaban buscar la influencia gravitacional de las estrellas como trazadores de materia oscura. El equipo apuntó a ocho “farolas” cósmicas poderosas y distantes, llamadas cuásares (regiones alrededor de agujeros negros activos que emiten enormes cantidades de luz). Los astrónomos midieron cómo la luz emitida por el oxígeno y el gas de neón que orbitan cada uno de los agujeros negros de los cuásares, se deforma por la gravedad de una galaxia masiva en primer plano, que actúa como una lente de aumento.


Este gráfico ilustra cómo la luz de un cuásar lejano es alterada por una galaxia masiva en primer plano y por pequeños grupos de materia oscura a lo largo del camino de la luz. La poderosa gravedad de la galaxia deforma y magnifica la luz del cuásar, produciendo cuatro imágenes distorsionadas del cuásar. Los grupos de materia oscura residen a lo largo de la línea de visión del telescopio espacial Hubble hacia el cuásar, así como dentro y alrededor de la galaxia en primer plano. La presencia de los grupos de materia oscura altera el brillo aparente y la posición de cada imagen de cuásar distorsionada al deformar y doblar ligeramente la luz a medida que viaja desde el lejano cuásar a la Tierra, como lo representan las líneas onduladas en el gráfico. Los astrónomos compararon estas mediciones con predicciones de cómo se verían las imágenes del cuásar sin la influencia de los grupos de materia oscura. Los investigadores utilizaron estas medidas para calcular las masas de las pequeñas concentraciones de materia oscura. Las imágenes cuádruples de un cuásar son raras porque el cuásar de fondo y la galaxia de primer plano requieren una alineación casi perfecta.
Créditos: NASA, ESA y D. Player (STScI)

Usando este método, el equipo descubrió grupos de materia oscura a lo largo de la línea de visión del telescopio hacia los cuásares, así como dentro y alrededor de las galaxias de lentes interpuestas. Las concentraciones de materia oscura detectadas por Hubble son 1 / 10,000th a 1 / 100,000th veces la masa del halo de materia oscura de la Vía Láctea. Es probable que muchas de estas pequeñas agrupaciones no contengan incluso galaxias pequeñas y, por lo tanto, hubieran sido imposibles de detectar mediante el método tradicional de búsqueda de estrellas incrustadas.

Los ocho cuásares y galaxias se alinearon con tanta precisión que el efecto de deformación, llamado lente gravitacional, produjo cuatro imágenes distorsionadas de cada cuásar. El efecto es como mirar un espejo funhouse. Tales imágenes cuádruples de los cuásares son raras debido a la alineación casi exacta necesaria entre la galaxia de primer plano y el cuásar de fondo. Sin embargo, los investigadores necesitaban las múltiples imágenes para realizar un análisis más detallado.

La presencia de los grupos de materia oscura altera el brillo aparente y la posición de cada imagen de cuásar distorsionada. Los astrónomos compararon estas mediciones con predicciones de cómo se verían las imágenes del cuásar sin la influencia de la materia oscura. Los investigadores utilizaron las mediciones para calcular las masas de las pequeñas concentraciones de materia oscura. Para analizar los datos, los investigadores también desarrollaron elaborados programas informáticos y técnicas intensivas de reconstrucción.

“Imagine que cada una de estas ocho galaxias es una lupa gigante”, explicó el miembro del equipo Daniel Gilman de UCLA. “Pequeños grupos de materia oscura actúan como pequeñas grietas en la lupa, alterando el brillo y la posición de las cuatro imágenes del cuásar en comparación con lo que cabría esperar si el vidrio fuera liso”.

Los investigadores utilizaron la cámara de campo amplio Hubble 3 para capturar la luz infrarroja cercana de cada cuásar y dispersarla en los colores de sus componentes para su estudio con espectroscopía. Las emisiones únicas de los cuásares de fondo se ven mejor en luz infrarroja. “Las observaciones del Hubble desde el espacio nos permiten realizar estas mediciones en sistemas de galaxias que no serían accesibles con la resolución más baja de los telescopios terrestres, y la atmósfera de la Tierra es opaca a la luz infrarroja que necesitábamos observar”, explicó el miembro del equipo Simon Birrer de UCLA.

Treu agregó: “Es increíble que después de casi 30 años de operación, Hubble esté permitiendo vistas de vanguardia de la física fundamental y la naturaleza del Universo que ni siquiera soñamos cuando se lanzó el telescopio”.

Las lentes gravitacionales se descubrieron al examinar los sondeos terrestres como Sloan Digital Sky Survey y Dark Energy Survey, que proporcionan los mapas tridimensionales más detallados del Universo que se hayan hecho. Los cuásares se encuentran a unos 10 mil millones de años luz de la Tierra; las galaxias en primer plano, alrededor de 2 mil millones de años luz.

El número de pequeñas estructuras detectadas en el estudio ofrece más pistas sobre la naturaleza de la materia oscura. “Las propiedades de las partículas de la materia oscura conforman cuántos grupos se forman”, explicó Nierenberg. “Eso significa que puedes aprender sobre la física de partículas de la materia oscura contando la cantidad de pequeños grupos”.

Sin embargo, el tipo de partícula que forma la materia oscura sigue siendo un misterio. “En la actualidad, no hay evidencia directa en el laboratorio de que existan partículas de materia oscura”, dijo Birrer. “Los físicos de partículas ni siquiera hablarían sobre la materia oscura si los cosmólogos no dijeran que está allí, en base a las observaciones de sus efectos. Cuando los cosmólogos hablamos sobre la materia oscura, nos preguntamos” cómo gobierna la apariencia del Universo, ¿Y en qué escalas? “

Los astrónomos podrán realizar estudios de seguimiento de la materia oscura utilizando futuros telescopios espaciales de la NASA como el James Webb Space Telescope y el Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), ambos observatorios infrarrojos. Webb será capaz de obtener estas mediciones de manera eficiente para todos los quásares con lentes cuádruples conocidos. La nitidez y el gran campo de visión de WFIRST ayudarán a los astrónomos a hacer observaciones de toda la región del espacio afectada por el inmenso campo gravitacional de galaxias masivas y cúmulos de galaxias. Esto ayudará a los investigadores a descubrir muchos más de estos sistemas raros.

El equipo presentará sus resultados en la 235ª reunión de la American Astronomical Society en Honolulu, Hawaii.

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía en Washington, D.C.

SOFIA revela cómo eclosionó la nebulosa del cisne.


En esta imagen compuesta de la Nebulosa Omega, o Swan, SOFIA detectó las áreas azules cerca del centro y las áreas verdes. El campo de estrellas blancas fue detectado por Spitzer. La visión de SOFIA revela evidencia de que partes de la nebulosa se formaron por separado para crear la forma de cisne que se ve hoy en día. Crédito: NASA / SOFIA / Lim, De Buizer y Radomski et al .; ESA / Herschel; NASA / JPL-Caltech

Una de las regiones de formación de estrellas más brillantes y masivas de nuestra galaxia, la Omega, o Swan Nebula, llegó a parecerse hace relativamente poco a la forma que se asemeja al cuello de un cisne que vemos hoy. Las nuevas observaciones revelan que sus regiones se formaron por separado en múltiples eras de nacimiento de estrellas. La nueva imagen del Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja, o SOFIA, está ayudando a los científicos a narrar la historia y la evolución de esta nebulosa bien estudiada.

“La nebulosa actual contiene los secretos que revelan su pasado; solo necesitamos poder descubrirlos”, dijo Wanggi Lim, científico de la Asociación de Investigación Espacial de las Universidades en el Centro de Ciencias SOFIA en el Centro de Investigación Ames de la NASA en el Silicon Valley de California. “SOFIA nos permite hacer esto, para que podamos entender por qué la nebulosa se ve como se ve hoy”.

Descubrir los secretos de la nebulosa no es una tarea sencilla. Se encuentra a más de 5.000 años luz de distancia en la constelación de Sagitario. Su centro está lleno de más de 100 de las estrellas jóvenes más masivas de la galaxia. Estas estrellas pueden ser muchas veces más grandes que nuestro Sol, pero las generaciones más jóvenes se están formando profundamente en cúmulos de polvo y gas, donde son muy difíciles de ver, incluso con telescopios espaciales. Debido a que la región central brilla intensamente, los detectores en los telescopios espaciales estaban saturados en las longitudes de onda estudiadas por SOFIA, similar a una foto sobreexpuesta.

La cámara infrarroja de SOFIA llamada FORCAST, puede atravesar estos cúmulos.

La nueva vista revela nueve protoestrellas, áreas donde las nubes de la nebulosa están colapsando y creando el primer paso en el nacimiento de las estrellas, que no se había visto antes. Además, el equipo calculó las edades de las diferentes regiones de la nebulosa. Descubrieron que las partes de la forma de cisne no se crearon todas al mismo tiempo, sino que tomaron forma en varias épocas de formación estelar.

La región central es la más antigua, más evolucionada y probablemente formada primero. A continuación, se formó el área norte, mientras que la región sur es la más joven. A pesar de que el área norte es más antigua que la región sur, la radiación y los vientos estelares de generaciones anteriores de estrellas han perturbado el material allí, evitando que se colapse para formar la próxima generación.

“Esta es la vista más detallada de la nebulosa que hemos tenido en estas longitudes de onda”, dijo Jim De Buizer, científico senior también en el Centro de Ciencias SOFIA. “Es la primera vez que podemos ver algunas de sus estrellas masivas más jóvenes y comenzar a comprender realmente cómo evolucionó en la icónica nebulosa que vemos hoy”.

Las estrellas masivas, como las de la Nebulosa del Cisne, liberan tanta energía que pueden cambiar la evolución de galaxias enteras. Pero menos del 1% de todas las estrellas son enormes, por lo que los astrónomos saben muy poco sobre ellas. Observaciones previas de esta nebulosa con telescopios espaciales estudiaron diferentes longitudes de onda de luz infrarroja, que no revelaron los detalles que SOFIA detectó.

La imagen de SOFIA muestra gas en azul cuando es calentado por estrellas masivas ubicadas cerca del centro, y polvo en verde que se calienta tanto por las estrellas masivas existentes como por las estrellas recién nacidas cercanas. Las protoestrellas recién detectadas se encuentran principalmente en las áreas del sur. Las áreas rojas cerca del borde representan polvo frío que fue detectado por el telescopio espacial Herschel, mientras que el campo de estrellas blancas fue detectado por el telescopio espacial Spitzer.

El Telescopio Espacial Spitzer será dado de baja el 30 de enero de 2020, después de operar por más de 16 años. SOFIA continúa explorando el universo infrarrojo, construyendo sobre el legado de Spitzer. SOFIA estudia las longitudes de onda de la luz infrarroja media y lejana con alta resolución que no son accesibles para otros telescopios, ayudando a los científicos a comprender la formación de estrellas y planetas, el papel que juegan los campos magnéticos en la configuración de nuestro Universo y la evolución química de las galaxias.

SOFIA, el Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja, es un avión Boeing 747SP modificado para transportar un telescopio de 106 pulgadas de diámetro. Es un proyecto conjunto de la NASA y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR). El Centro de Investigación Ames de la NASA en el Silicon Valley de California administra el programa SOFIA, las operaciones científicas y misioneras en cooperación con la Asociación de Investigaciones Espaciales de las Universidades con sede en Columbia, Maryland, y el Instituto Alemán SOFIA (DSI) en la Universidad de Stuttgart. El avión se mantiene y opera desde el Edificio 703 del Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA, en Palmdale, California.

JPL gestiona la misión del Telescopio Espacial Spitzer para la Dirección de Misión Científica de la NASA en Washington. Las operaciones científicas se llevan a cabo en el Centro de Ciencias Spitzer en Caltech en Pasadena, California. Las operaciones espaciales se basan en Lockheed Martin Space en Littleton, Colorado. Los datos se archivan en el Infrared Science Archive ubicado en IPAC en Caltech. Caltech gestiona JPL para la NASA.

Herschel es una misión de la Agencia Espacial Europea, con instrumentos científicos proporcionados por consorcios de institutos europeos y con una importante participación de la NASA. Si bien el observatorio dejó de hacer observaciones científicas en abril de 2013, después de quedarse sin líquido refrigerante como se esperaba, los científicos continúan analizando sus datos. La Oficina del Proyecto Herschel de la NASA se basa en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena. JPL contribuyó con tecnología habilitadora de misiones para dos de los tres instrumentos científicos de Herschel. El Centro de Ciencias Herschel de la NASA, parte del IPAC, apoya a la comunidad astronómica de EE. UU. Caltech gestiona JPL para la NASA.

NASA Planet Hunter encuentra un planeta en la zona habitable del tamaño de la Tierra.


TOI 700, un sistema planetario a 100 años luz de distancia en la constelación de Dorado, es el hogar de TOI 700 d, el primer planeta de la zona habitable del tamaño de la Tierra descubierto por el satélite de prospección de exoplanetas en tránsito de la NASA. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.

El satélite de estudio de tránsito de exoplanetas de la NASA (TESS) descubrió su primer planeta del tamaño de la Tierra en la zona habitable de su estrella, el rango de distancias donde las condiciones pueden ser las adecuadas para permitir la presencia de agua líquida en la superficie. Los científicos confirmaron el hallazgo, llamado TOI 700 d, utilizando el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA y han modelado los entornos potenciales del planeta para ayudar a formar futuras observaciones.

TOI 700 d es uno de los pocos planetas del tamaño de la Tierra descubierto hasta ahora en la zona habitable de una estrella. Otros incluyen varios planetas en el sistema TRAPPIST-1 y otros mundos descubiertos por el telescopio espacial Kepler de la NASA.

“TESS fue diseñado y lanzado específicamente para encontrar planetas del tamaño de la Tierra que orbitan estrellas cercanas”, dijo Paul Hertz, director de la división de astrofísica en la sede de la NASA en Washington. “Los planetas alrededor de las estrellas cercanas son más fáciles de seguir con telescopios más grandes en el espacio y en la Tierra. Descubrir TOI 700 d es un hallazgo científico clave para TESS. Confirmar el tamaño del planeta y el estado de la zona habitable con Spitzer es otra victoria para Spitzer a medida que se acerca el fin de las operaciones científicas este enero”.

TESS monitorea grandes franjas del cielo, llamadas sectores, durante 27 días a la vez. Esta larga mirada permite al satélite rastrear los cambios en el brillo estelar causados ​​por un planeta en órbita que cruza frente a su estrella desde nuestra perspectiva, un evento llamado tránsito.

TOI 700 es una estrella enana M pequeña y fría ubicada a poco más de 100 años luz de distancia en la constelación del sur Dorado. Es aproximadamente el 40% de la masa y el tamaño del Sol y aproximadamente la mitad de su temperatura superficial. La estrella aparece en 11 de los 13 sectores que TESS observó durante el primer año de la misión, y los científicos tomaron múltiples tránsitos en sus tres planetas.

La estrella fue clasificada originalmente erróneamente en la base de datos TESS como más similar a nuestro Sol, lo que significaba que los planetas parecían más grandes y más calientes de lo que realmente son. Varios investigadores, incluido Alton Spencer, un estudiante de secundaria que trabaja con miembros del equipo TESS, identificaron el error.

“Cuando corregimos los parámetros de la estrella, los tamaños de sus planetas cayeron, y nos dimos cuenta de que el más externo era aproximadamente del tamaño de la Tierra y en la zona habitable”, dijo Emily Gilbert, una estudiante graduada de la Universidad de Chicago. “Además, en 11 meses de datos no vimos destellos de la estrella, lo que mejora las posibilidades de que TOI 700 d sea habitable y facilita modelar sus condiciones atmosféricas y de superficie”.

Gilbert y otros investigadores presentaron los hallazgos en la 235ª reunión de la American Astronomical Society en Honolulu, y tres documentos, uno de los cuales dirigió Gilbert, han sido enviados a revistas científicas.

El planeta más interno, llamado TOI 700 b, es casi exactamente del tamaño de la Tierra, es probablemente rocoso y completa una órbita cada 10 días. El planeta central, TOI 700 c, es 2.6 veces más grande que la Tierra, entre los tamaños de la Tierra y Neptuno, orbita cada 16 días y es probable que sea un mundo dominado por los gases. TOI 700 d, el planeta más externo conocido en el sistema y el único en la zona habitable, mide un 20% más grande que la Tierra, orbita cada 37 días y recibe de su estrella el 86% de la energía que el Sol proporciona a la Tierra. Se cree que todos los planetas están bloqueados por mareas a su estrella, lo que significa que giran una vez por órbita para que un lado esté constantemente bañado por la luz del día.

Un equipo de científicos dirigido por Joseph Rodriguez, astrónomo del Harvard & Smithsonian del Centro de Astrofísica en Cambridge, Massachusetts, solicitó observaciones de seguimiento con Spitzer para confirmar TOI 700 d.

“Dado el impacto de este descubrimiento, que es el primer planeta del tamaño de la Tierra de la zona habitable de TESS, realmente queríamos que nuestra comprensión de este sistema fuera lo más concreta posible “, dijo Rodríguez.” Spitzer vio el tránsito de TOI 700 d exactamente cuando lo esperábamos. Es una gran adición al legado de una misión que ayudó a confirmar dos de los planetas TRAPPIST-1 e identificar cinco más”.

Los datos de Spitzer aumentaron la confianza de los científicos de que TOI 700 d es un planeta real y agudizaron sus mediciones de su período orbital en un 56% y su tamaño en un 38%. También descartó otras posibles causas astrofísicas de la señal de tránsito, como la presencia de una estrella compañera más pequeña y tenue en el sistema.

Rodríguez y sus colegas también utilizaron observaciones de seguimiento de un telescopio terrestre de 1 metro en la red global del Observatorio Las Cumbres para mejorar la confianza de los científicos en el período orbital y el tamaño de TOI 700 c en un 30% y 36%, respectivamente.

Debido a que TOI 700 es brillante, cercano y no muestra signos de destellos estelares, el sistema es un candidato ideal para mediciones de masa precisas por parte de los observatorios terrestres actuales. Estas mediciones podrían confirmar las estimaciones de los científicos de que los planetas interior y exterior son rocosos y que el planeta central está hecho de gas.

Las misiones futuras pueden identificar si los planetas tienen atmósferas y, de ser así, incluso determinar sus composiciones.

Si bien se desconocen las condiciones exactas en TOI 700 d, los científicos pueden usar información actual, como el tamaño del planeta y el tipo de estrella que orbita, para generar modelos de computadora y hacer predicciones. Los investigadores del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, modelaron 20 entornos potenciales de TOI 700 d para evaluar si alguna versión daría lugar a temperaturas y presiones superficiales adecuadas para la habitabilidad.

Sus modelos climáticos en 3D examinaron una variedad de tipos de superficie y composiciones atmosféricas típicamente asociadas con lo que los científicos consideran mundos potencialmente habitables. Debido a que TOI 700 d está bloqueado por mareas a su estrella, las formaciones de nubes y los patrones de viento del planeta pueden ser notablemente diferentes de los de la Tierra.

Una simulación incluyó un TOI 700 d cubierto por el océano con una densa atmósfera dominada por dióxido de carbono similar a lo que los científicos sospechan que rodeaba Marte cuando era joven. La atmósfera modelo contiene una capa profunda de nubes en el lado orientado hacia las estrellas. Otro modelo representa a TOI 700 d como una versión de la Tierra moderna sin nubes y en toda la Tierra, donde los vientos fluyen lejos del lado nocturno del planeta y convergen en el punto directamente frente a la estrella.

Cuando la luz de las estrellas atraviesa la atmósfera de un planeta, interactúa con moléculas como el dióxido de carbono y el nitrógeno para producir señales distintas, llamadas líneas espectrales. El equipo de modelado, dirigido por Gabrielle Englemann-Suissa, asistente de investigación visitante de la Asociación de Investigación Espacial de las Universidades en Goddard, produjo espectros simulados para las 20 versiones modeladas de TOI 700 d.

“Algún día, cuando tengamos espectros reales de TOI 700 d, podemos dar marcha atrás, unirlos al espectro simulado más cercano y luego unirlo a un modelo”, dijo Englemann-Suissa. “Es emocionante porque no importa lo que descubramos sobre el planeta, se verá completamente diferente de lo que tenemos aquí en la Tierra”.

TESS es una misión del Explorador de Astrofísica de la NASA dirigida y operada por el MIT en Cambridge, Massachusetts, y administrada por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. Los socios adicionales incluyen Northrop Grumman, con sede en Falls Church, Virginia; Centro de Investigación Ames de la NASA en el Silicon Valley de California; el Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica en Cambridge, Massachusetts; Laboratorio Lincoln del MIT; y el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore. Más de una docena de universidades, institutos de investigación y observatorios de todo el mundo participan en la misión.

El Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena, California, administra la misión del Telescopio Espacial Spitzer para la Dirección de Misión Científica de la NASA en Washington. Las operaciones científicas se llevan a cabo en el Centro de Ciencias Spitzer en Caltech en Pasadena. Las operaciones espaciales se basan en Lockheed Martin Space en Littleton, Colorado. Los datos se archivan en el Infrared Science Archive ubicado en IPAC en Caltech. Caltech gestiona JPL para la NASA.

El trabajo de modelado fue financiado a través de Sellers Exoplanet Environments Collaboration en Goddard, una colaboración multidisciplinaria que reúne a expertos para construir modelos informáticos integrales y sofisticados para analizar mejor las observaciones actuales y futuras de exoplanetas.

¡Sorpresa! TESS muestra que la antigua estrella del norte sufre eclipses.


La estrella Alpha Draconis (en un círculo), también conocida como Thuban, se sabe desde hace mucho tiempo que es un sistema binario. Ahora los datos del TESS de la NASA muestran que sus dos estrellas sufren eclipses mutuos. Crédito: NASA / MIT / TESS

Los astrónomos que utilizan datos del Satélite de Estudio de Exoplanetas en Transito de la NASA (TESS) han demostrado que Alpha Draconis, una estrella bien estudiada visible a simple vista, y su estrella compañera más débil, se eclipsan mutuamente de forma regular. Si bien los astrónomos sabían previamente que se trataba de un sistema binario, los eclipses mutuos fueron una completa sorpresa.

“La primera pregunta que me viene a la mente es ‘¿cómo extrañamos esto?'”, Dijo Angela Kochoska, investigadora postdoctoral en la Universidad de Villanova en Pensilvania, quien presentó los hallazgos en la 235ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Honolulu el 6 de enero. “Los eclipses son breves, duran solo seis horas, por lo que las observaciones terrestres pueden pasarlos por alto fácilmente. Y debido a que la estrella es tan brillante, habría saturado rápidamente los detectores en el observatorio Kepler de la NASA, lo que también enmascararía los eclipses”.

El sistema se ubica entre los binarios eclipsantes más brillantes conocidos donde las dos estrellas están ampliamente separadas o separadas, y solo interactúan gravitacionalmente. Tales sistemas son importantes porque los astrónomos pueden medir las masas y los tamaños de ambas estrellas con una precisión inigualable.

Alpha Draconis, también conocido como Thuban, se encuentra a unos 270 años luz de distancia en la constelación del norte Draco. A pesar de su designación “alfa”, brilla como la cuarta estrella más brillante de Draco. La fama de Thuban surge de un papel histórico que desempeñó hace unos 4.700 años, cuando se construyeron las primeras pirámides en Egipto.

En ese momento, apareció como la Estrella del Norte, la más cercana al polo norte del eje de rotación de la Tierra, el punto alrededor del cual todas las otras estrellas parecen girar en su movimiento nocturno. Hoy, este papel lo juega Polaris, una estrella más brillante en la constelación de la Osa Menor. El cambio ocurrió porque el eje de rotación de la Tierra realiza un bamboleo cíclico de 26,000 años, llamado precesión, que altera lentamente la posición del cielo del polo giratorio.

TESS monitorea grandes franjas del cielo, llamadas sectores, durante 27 días a la vez. Esta larga mirada permite al satélite seguir los cambios en el brillo estelar. Si bien el nuevo cazador de planetas de la NASA busca principalmente atenuaciones causadas por planetas que se cruzan frente a sus estrellas, los datos de TESS también se pueden usar para estudiar muchos otros fenómenos.

Un informe de 2004 sugirió que Thuban mostraba pequeños cambios de brillo que cambiaron durante aproximadamente una hora, lo que sugiere la posibilidad de que la estrella más brillante del sistema estuviera pulsando.

Para verificar esto, Timothy Bedding, Daniel Hey y Simon Murphy de la Universidad de Sydney, Australia, y la Universidad de Aarhus, Dinamarca, recurrieron a las mediciones de TESS. En octubre, publicaron un artículo que describía el descubrimiento de eclipses por ambas estrellas y descartaba la existencia de pulsaciones durante períodos de menos de ocho horas.

Ahora Kochoska está trabajando con Hey para comprender el sistema con mayor detalle.

“He estado colaborando con Daniel para modelar los eclipses y aconsejando sobre cómo reunir más datos para restringir mejor nuestro modelo”, explicó Kochoska. “Los dos tomamos diferentes enfoques para modelar el sistema, y ​​esperamos que nuestros esfuerzos resulten en su caracterización completa”.

Como se sabe por estudios anteriores, las estrellas orbitan cada 51.4 días a una distancia promedio de aproximadamente 61 millones de kilómetros, un poco más que la distancia de Mercurio al Sol. El modelo preliminar actual muestra que vemos el sistema aproximadamente tres grados por encima del plano orbital de las estrellas, lo que significa que ninguna estrella cubre completamente a la otra durante los eclipses. La estrella primaria es 4.3 veces más grande que el Sol y tiene una temperatura superficial de alrededor de 17,500 grados 9,700 C, por lo que es un 70% más caliente que nuestro Sol. Su compañero, que es cinco veces más débil, es probablemente la mitad del tamaño de la primaria y un 40% más caliente que el Sol.

Kochoska dice que está planeando observaciones de seguimiento en tierra y anticipando eclipses adicionales en futuros sectores de TESS.

“Descubrir eclipses en una estrella conocida, brillante e históricamente importante resalta cómo TESS impacta a la comunidad astronómica más ampliamente”, dijo Padi Boyd, científico del proyecto TESS en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “En este caso, los datos TESS ininterrumpidos de alta precisión se pueden utilizar para ayudar a restringir los parámetros estelares fundamentales en un nivel que nunca antes habíamos alcanzado”.

TESS es una misión del Explorador de Astrofísica de la NASA dirigida y operada por el MIT en Cambridge, Massachusetts, y administrada por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. Los socios adicionales incluyen Northrop Grumman, con sede en Falls Church, Virginia; Centro de Investigación Ames de la NASA en el Silicon Valley de California; el Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica en Cambridge, Massachusetts; Laboratorio Lincoln del MIT; y el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore. Más de una docena de universidades, institutos de investigación y observatorios de todo el mundo participan en la misión.