En 2026, la Agencia Espacial Europea (ESA) lanzará su misión de búsqueda de exoplanetas de próxima generación, los Tránsitos y Oscilaciones de Estrellas PLAnetarias (PLATO).
Esta misión escaneará más de 245.000 estrellas de secuencia principal de tipo F, G y K (amarillo-blanco, amarillo y naranja) utilizando el método de tránsito para buscar posibles planetas similares a la Tierra que orbiten análogos solares. De acuerdo con el enfoque de “fruta madura” (también conocido como seguir el agua), estos planetas se consideran fuertes candidatos para la habitabilidad, ya que es más probable que tengan todas las condiciones que dieron lugar a la vida aquí en la Tierra.
Saber cuántos planetas probablemente detectará PLATO y cuántos se ajustarán a las características de la Tierra es esencial para determinar cómo y dónde debe dedicar su tiempo de observación.
Según un nuevo estudio que se publicará en la revista Astronomy & Astrophysics, es probable que la misión PLATO encuentre decenas de miles de planetas. Dependiendo de varios parámetros, indican además que podría detectar un mínimo de 500 planetas del tamaño de la Tierra, de los cuales alrededor de una docena tendrán órbitas favorables alrededor de estrellas de tipo G (similares al Sol).
El estudio fue realizado por investigadores del Instituto de Investigación Planetaria (IFP) y el Instituto de Sistemas de Sensores Ópticos del Centro Aeroespacial Alemán (DLR), el Departamento de Ciencias Geológicas de la Freie Universität Berlin (FU Berlín) y el Centro de Astronomía. y Astrofísica en la Universidad Técnica de Berlín (TUB). Los detalles del estudio se pueden encontrar en el servidor de preimpresión, arXiv.
Filip Matuszewski, un Ph.D. candidato del Instituto Planetario y de Astrofísica de Grenoble (IPAG) en la Université Grenoble Alpes, dirigió el estudio como parte de su tesis mientras estudiaba en FU Berlín y Extrasolar Planets and Atmospheres.
Para evaluar la cantidad de exoplanetas que PLATO podría detectar, Matuszewski y su equipo desarrollaron una herramienta llamada Planet Yield for PLATO Estimator (PYPE). Esta herramienta combina un enfoque estadístico con tasas de ocurrencia de modelos de formación de planetas y datos obtenidos por el telescopio espacial Kepler. Esto les permitió estimar cuántos exoplanetas detectará PLATO durante cuatro años en función de una fracción de los campos de observación seleccionados para el catálogo de entrada estelar (PIC) de PLATO de todo el cielo.
Como explicó Matuszewski a Universe Today por correo electrónico:
“Primero, necesitábamos una población sintética de planetas (nuestro propio pequeño universo, por así decirlo). Para hacer esto, tomamos un modelo de población planetaria, que es básicamente una simulación de 1000 discos protoplanetarios que evolucionan hacia sistemas planetarios (Christoph Mordasini de la Universidad de Berna, Suiza, nos proporcionó estos sistemas planetarios). Dado que los sistemas resultantes son bastante diferentes de lo que sabemos actualmente sobre los exoplanetas, queríamos incluir datos de Kepler. Con base en las tasas de ocurrencia de Kepler, formamos nuestros propios dos -poblaciones de planetas para usar como comparación”.
El segundo paso, dijo Matuszewski, consistió en que el equipo estimara cuántas estrellas observará PLATO en un solo campo de visión (~125 000) y asignó un sistema planetario (basado en el nuestro) a cada una. A continuación, consideraron cuántos de estos planetas tendrían la orientación adecuada para hacer tránsitos en relación con PLATÓN (¿está de canto hacia el telescopio?), produciendo así una caída visible en el brillo. Para una planta que orbita una estrella del mismo tamaño que nuestro sol con un período orbital de 365 días, la probabilidad de que esto suceda (también conocida como probabilidad de tránsito) es solo del 0,47 %.
Pero cuando uno considera la cantidad de estrellas que PLATO observará, eso aún deja decenas de miles de candidatos disponibles para el estudio. Por último, emplearon un modelo de eficiencia de detección que tiene en cuenta el rendimiento de las cámaras PLATO y varias fuentes de ruido para ver si la señal de tránsito sería más fuerte que el ruido de fondo.
“Esa es la función básica del PYPE”, dijo Matuszewski. “A partir de ahí, podemos modificar el programa para que nos brinde resultados para varios escenarios y períodos de tiempo falsos. ¿Cuántos planetas encontramos mirando aquí durante dos años y allá durante dos años? ¿Qué sucede si observamos un campo en particular durante más tiempo?”
Cuando aplicaron el PYPE a la misión principal de cuatro años del observatorio, el equipo obtuvo algunos resultados muy alentadores. Según los campos que observe y durante cuánto tiempo, el período orbital de los planetas, la orientación de los planetas y otros factores, descubrieron que es probable que PLATO detecte miles o decenas de miles de exoplanetas.
Aún más alentador, descubrieron que es probable que un número estadísticamente significativo de estos planetas sea similar a la Tierra. Como explicó Matuszewski, “Usando el modelo de población de planetas y el escenario de misión más conservadores, estimamos que se detectarán un mínimo de 500 planetas del tamaño de la Tierra en la duración nominal de la misión de cuatro años”.
“Eso incluye todos los tipos de estrellas y todas las distancias a la estrella. Si observamos planetas del tamaño de la Tierra con un rango de período orbital de 250 a 500 días alrededor de estrellas G (análogos de la Tierra y el Sol), estimamos hasta 12 detecciones. Esto es para la observación de 2+2 años con el modelo de planeta más optimista”.
En los últimos 20 años, la cantidad de exoplanetas conocidos ha crecido exponencialmente, con 5483 detecciones confirmadas en 4087 sistemas (y otros 9770 candidatos en espera de confirmación) al 30 de julio de 2023. El descubrimiento y la caracterización de estos exoplanetas han informado (y cuestionado) teorías prevalecientes sobre la formación de planetas y las tasas de ocurrencia.
Sin embargo, quedan algunas preguntas sin respuesta y un margen significativo de incertidumbre con respecto a qué tan comunes son ciertos tipos de planetas (relacionados con las lagunas en el censo de exoplanetas).
El propósito de este estudio, y de otros similares, es establecer estimaciones que puedan compararse con los datos de observación. La forma en que los resultados se desvían de las estimaciones ayudará a informar los modelos de formación de planetas y brindará a los científicos una mejor idea de cuán comunes son los exoplanetas, teniendo en cuenta el tamaño, la masa, la composición, el período orbital, etc.
En particular, los resultados de PLATO mostrarán cuán comunes son los planetas similares a la Tierra que orbitan análogos solares de tipo G, lo que ayudará a reducir la búsqueda de mundos que probablemente sean habitables y habitados.
Con información de arXiv
