Un estudio dirigido por Carnegie sobre los candidatos a exoplanetas identificados por el Transiting Exoplanets Satellite Survey (TESS) de la NASA está sentando las bases para ayudar a los astrónomos a entender cómo se formaron y evolucionaron los planetas más comunes de la Vía Láctea, y a determinar por qué el patrón de órbitas y tamaños planetarios de nuestro Sistema Solar es tan inusual. El estudio utiliza los datos del TESS y las observaciones de los telescopios Magallanes del Observatorio Las Campanas de Carnegie, en Chile.
Johanna Teske, de Carnegie, Sharon Wang, de la Universidad de Tsinghua (antes de Carnegie), y Angie Wolfgang (antes de la Universidad Estatal de Pensilvania y ahora en SiteZeus), dirigieron el estudio Magellan-TESS (MTS), que se encuentra a mitad de camino de su duración prevista de tres años. Los resultados de la mitad del estudio, en colaboración con un amplio grupo internacional de investigadores, se publicarán en la revista Astrophysical Journal Supplement Series.
La misión Kepler de la NASA reveló que nuestra galaxia está repleta de planetas, descubriendo miles de mundos confirmados y prediciendo que existen miles de millones más. Una de las sorpresas que contiene esta recompensa es que los exoplanetas entre el tamaño de la Tierra y Neptuno son los más comunes descubiertos hasta ahora, a pesar de que no existe ninguno en nuestro propio Sistema Solar. Estos planetas "intermedios" parecen tener dos tamaños distintos -aproximadamente de una a 1,7 (super-Tierras) y de dos a tres (mini-Neptunos) veces el tamaño de la Tierra-, lo que indica un contenido de gas diferente en sus composiciones.
"Queremos saber si las super-Tierras y las mini-Neptunas eran distintas desde sus primeros orígenes, o si algún aspecto de su evolución las hizo desviarse unas de otras", explicó Teske. "En cierto sentido, esperamos sondear la cuestión de la naturaleza y la crianza de los exoplanetas más comunes de la galaxia: ¿nacieron estos planetas de forma diferente o se desviaron debido a su entorno? ¿O es algo intermedio?".
Concepción artística del Transiting Exoplanets Satellite Survey, o TESS, (izquierda) que identificó los candidatos a planetas estudiados por el equipo del MTS. La ilustración es cortesía del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. Telescopio Magellan Clay en el Observatorio Las Campanas de Carnegie (derecha), donde el equipo del sondeo y otros utilizan el espectrógrafo Planet Finder. Foto de Yuri Beletsky, cortesía de la Institución Carnegie para la Ciencia.
El estudio utiliza los datos del TESS y las observaciones de los telescopios Magallanes del Observatorio Las Campanas de Carnegie, en Chile, para estudiar una selección de 30 candidatos a planetas pequeños y de período relativamente corto. Los datos del TESS muestran las caídas de brillo cuando un objeto pasa por delante de su estrella anfitriona. La cantidad de atenuación permite al equipo de la encuesta medir el radio de un candidato a planeta. Esta información se combina con las observaciones recogidas por el Espectrógrafo Buscador de Planetas de Las Campanas, que funciona mediante una técnica llamada método de velocidad radial, que es actualmente la forma más común para los astrónomos de medir las masas de los planetas individuales.
El equipo del sondeo Magellan-TESS está interesado en la interacción entre variables clave que podrían ayudar a los astrónomos a caracterizar mejor las vías de formación de los planetas super-Tierra y mini-Neptuno. Están buscando tendencias en las relaciones entre la masa de un planeta y su radio; las propiedades de su estrella anfitriona, incluyendo la composición y la cantidad de energía que irradia sobre el planeta; y la arquitectura del sistema planetario del que es miembro el planeta.
"La relación subyacente entre el radio y la masa de estos pequeños planetas es crucial para averiguar su composición general, a través de su densidad global, así como la variación que existe en sus composiciones", explicó Wolfgang. "Cuantificar esta relación nos ayudará a discernir si hay una vía de formación o múltiples vías".
Lo que diferencia a este estudio de los anteriores es su alcance: el equipo diseñó el estudio desde el principio para tratar de tener en cuenta los sesgos que podrían sesgar la interpretación de los resultados en un contexto más amplio. Su objetivo es poder sacar conclusiones sólidas sobre las supertierras y los miniplanetas Neptuno como población, en lugar de sólo una colección de 30 objetos individuales.
Los hallazgos de la mitad de la encuesta, que representan una contribución significativa al número de planetas pequeños con masas y radios conocidos, ya insinúan pruebas de pequeños sesgos de selección observacional que pueden haber afectado al trabajo de los científicos en las mediciones de masa. Por tanto, el MTS podría proporcionar un marco importante para futuros estudios de velocidad radial de planetas en tránsito.
De cara al futuro, la siguiente mitad del estudio se centrará en completar la muestra -este trabajo contiene 22 de los 30 candidatos previstos-, así como en seguir vigilando todos los sistemas en busca de planetas de mayor periodo no detectados por TESS para sondear las arquitecturas de los sistemas. Otro paso es comprobar la influencia de la composición de la estrella anfitriona, ya que trabajos anteriores han sugerido que las composiciones de los planetas pueden estar relacionadas con las de las estrellas que orbitan.
"Esperamos que esta comprensión multidimensional mejore significativamente nuestro conocimiento de la evolución de los exoplanetas y quizás explique por qué nuestro propio Sistema Solar parece inusual", concluyó Wang.