¿Cuántos planetas similares a la Tierra existen?

Un nuevo estudio proporciona la estimación más precisa de la frecuencia con la que los planetas que son similares en tamaño y distancia a la Tierra de su estrella anfitriona ocurren alrededor de estrellas similares a nuestro Sol. Conocer la tasa de ocurrencia de estos planetas potencialmente habitables será importante para diseñar futuras misiones astronómicas para caracterizar los planetas rocosos cercanos alrededor de estrellas similares al sol que podrían soportar la vida. Un artículo que describe el modelo aparece el 14 de agosto de 2019 en The Astronomical Journal .

El telescopio espacial Kepler de la NASA ha descubierto miles de planetas. Kepler, que fue lanzado en 2009 y retirado por la NASA en 2018 cuando agotó su suministro de combustible, observó cientos de miles de estrellas e identificó planetas fuera de nuestro sistema solar, los exoplanetas, al documentar los eventos de tránsito. Los eventos de tránsito ocurren cuando la órbita de un planeta pasa entre su estrella y el telescopio, bloqueando parte de la luz de la estrella para que parezca atenuarse. Midiendo la cantidad de atenuación y la duración entre tránsitos y utilizando información sobre las propiedades de la estrella, los astrónomos caracterizan el tamaño del planeta y la distancia entre el planeta y su estrella anfitriona.

"Kepler descubrió planetas con una amplia variedad de tamaños, composiciones y órbitas", dijo Eric B. Ford, profesor de astronomía y astrofísica en Penn State y uno de los líderes del equipo de investigación. "Queremos utilizar esos descubrimientos para mejorar nuestra comprensión de la formación de planetas y planificar futuras misiones para buscar planetas que puedan ser habitables. Sin embargo, simplemente contar exoplanetas de un tamaño o distancia orbital dada es engañoso, ya que es mucho más difícil encontrar pequeños planetas lejos de su estrella que encontrar planetas grandes cerca de su estrella".

Para superar ese obstáculo, los investigadores diseñaron un nuevo método para inferir la tasa de ocurrencia de planetas en una amplia gama de tamaños y distancias orbitales. El nuevo modelo simula 'universos' de estrellas y planetas y luego 'observa' estos universos simulados para determinar cuántos de los planetas habría sido descubierto por Kepler en cada 'universo'.

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"Utilizamos el catálogo final de planetas identificados por Kepler y las propiedades estelares mejoradas de la nave espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea para construir nuestras simulaciones", dijo Danley Hsu, un estudiante graduado en Penn State y el primer autor del artículo. "Al comparar los resultados con los planetas catalogados por Kepler, caracterizamos la tasa de planetas por estrella y cómo eso depende del tamaño del planeta y la distancia orbital. Nuestro enfoque novedoso permitió al equipo tener en cuenta varios efectos que no se han incluido en estudios anteriores".

Los resultados de este estudio son particularmente relevantes para planificar futuras misiones espaciales para caracterizar planetas potencialmente similares a la Tierra. Si bien la misión Kepler descubrió miles de pequeños planetas, la mayoría están tan lejos que es difícil para los astrónomos aprender detalles sobre su composición y atmósferas.

"Los científicos están particularmente interesados en buscar biomarcadores – moléculas indicativas de vida – en las atmósferas de planetas de aproximadamente el tamaño de la Tierra que orbitan en la 'zona habitable' de estrellas similares al Sol", dijo Ford. "La zona habitable es un rango de distancias orbitales en las cuales los planetas podrían soportar agua líquida en sus superficies. La búsqueda de evidencia de vida en planetas del tamaño de la Tierra en la zona habitable de estrellas similares al sol requerirá una nueva misión espacial grande".

Cuán grande debe ser esa misión dependerá de la abundancia de planetas del tamaño de la Tierra. La NASA y las Academias Nacionales de Ciencia actualmente están explorando conceptos de misión que difieren sustancialmente en tamaño y sus capacidades. Si los planetas del tamaño de la Tierra son raros, entonces los planetas similares a la Tierra más cercanos están más lejos y se requerirá una misión grande y ambiciosa para buscar evidencia de vida en planetas potencialmente similares a la Tierra. Por otro lado, si los planetas del tamaño de la Tierra son comunes, habrá exoplanetas del tamaño de la Tierra que orbitan estrellas cercanas al Sol y un observatorio relativamente pequeño podrá estudiar sus atmósferas.

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"Si bien la mayoría de las estrellas que observó Kepler están típicamente a miles de años luz de distancia del Sol, Kepler observó una muestra de estrellas lo suficientemente grande como para que podamos realizar un análisis estadístico riguroso para estimar la velocidad de los planetas del tamaño de la Tierra en la zona habitable de estrellas cercanas al sol ". dijo Hsu.

Con base en sus simulaciones, los investigadores estiman que los planetas muy cerca de la Tierra en tamaño, de tres cuartos a una vez y media el tamaño de la Tierra, con períodos orbitales que varían de 237 a 500 días, ocurren alrededor de uno de cada cuatro estrellas. Es importante destacar que su modelo cuantifica la incertidumbre en esa estimación. Recomiendan que las futuras misiones de búsqueda de planetas planeen una tasa real que oscile entre un planeta por cada 33 estrellas y casi un planeta por cada dos estrellas.

"Saber con qué frecuencia debemos esperar encontrar planetas de un determinado tamaño y período orbital es extremadamente útil para optimizar los estudios de exoplanetas y el diseño de las próximas misiones espaciales para maximizar sus posibilidades de éxito", dijo Ford. "Penn State es líder en la elaboración de métodos estadísticos y computacionales de última generación para el análisis de observaciones astronómicas para abordar este tipo de preguntas. Nuestro Instituto de CiberScience (ICS) y el Centro de Astrostatistics (CASt) proporcionan infraestructura y soporte eso hace posible este tipo de proyectos ".