Preguntas y respuestas de la Fundación Kavli: ¿Cómo acelerará la misión TESS la búsqueda de mundos alienígenas habitables?

El recién lanzado Satélite de Inspección de Exoplanetas en Tránsito (TESS) pronto podría proporcionar la identificación revolucionaria de docenas de exoplanetas potencialmente habitables en nuestro patio cósmico.

Una impresión artística del Satélite de prospección de exoplanetas en tránsito (TESS) y parte de su cantera planetaria.
NASA

Ha comenzado una nueva era en la búsqueda de exoplanetas, y la vida alienígena que podrían albergar. A bordo de un cohete SpaceX, el satélite de estudio Exoplanet en tránsito (TESS) se lanzó el 18 de abril de 2018 a las 6:51 PM EDT. La misión TESS, desarrollada con el apoyo de la Fundación Kavli, está dirigida por el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y el Instituto MIT Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial.

Durante los próximos dos años, TESS escaneará las 200, 000 estrellas más cercanas y brillantes más cercanas a la Tierra en busca de oscurecimiento revelador causado cuando los exoplanetas crucen las caras de sus estrellas. Entre los miles de mundos nuevos que se espera que TESS descubra, debería haber cientos que varían en tamaño de aproximadamente una a dos veces la Tierra. Estos planetas pequeños, en su mayoría rocosos, servirán como objetivos principales para observaciones de seguimiento detalladas de otros telescopios en el espacio y en tierra.

El objetivo de esos telescopios será caracterizar las nuevas atmósferas de los exoplanetas. Las mezclas particulares de gases en una atmósfera revelarán pistas clave sobre el clima, la historia y si podría ser hospitalario para la vida.

La Fundación Kavli habló con dos científicos en la misión TESS para obtener una visión interna de su desarrollo y el objetivo revolucionario de la ciencia de encontrar el primer "gemelo de la Tierra" en el universo.

Los participantes fueron:

  • GREG BERTHIAUME : es el administrador de instrumentos para la misión TESS, a cargo de garantizar que las cámaras y otros equipos de la nave espacial realicen sus tareas científicas. Berthiaume tiene su base en el Laboratorio Lincoln del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y también es miembro del Instituto MIT Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial.
  • DIANA DRAGOMIR - es una astrónoma observacional que se enfoca en pequeños exoplanetas. Dragomir es becario postdoctoral de Hubble en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT.

La siguiente es una transcripción editada de su mesa redonda. Los participantes han tenido la oportunidad de modificar o editar sus comentarios.


LA FUNDACIÓN KAVLI: Comenzando con el panorama general, ¿por qué es importante TESS?

Diana Dragomir es una astrónoma observacional cuya investigación se centra en pequeños exoplanetas. Es becaria postdoctoral del Hubble en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT.

DIANA DRAGOMIR: TESS va a encontrar miles de exoplanetas, lo que podría no parecer un gran problema, porque ya sabemos de casi 4, 000. Pero la mayoría de esos planetas descubiertos están demasiado lejos para que podamos hacer algo más que conocer su tamaño y que están allí. La diferencia es que TESS buscará planetas alrededor de estrellas muy cercanas a nosotros. Cuando las estrellas están más cerca de nosotros, también son más brillantes desde nuestro punto de vista, y eso nos ayuda a descubrir y estudiar los planetas a su alrededor mucho más fácilmente.

GREG BERTHIAUME: Una de las cosas que TESS está haciendo es ayudar a responder la pregunta fundamental: "¿Hay otra vida en el universo?" La gente se ha estado preguntando eso por miles de años. Ahora TESS no responderá esa pregunta directamente, pero es un paso, tal como lo mencionó Diana, en el camino para obtener los datos para ver dónde podría haber otra vida por ahí. Eso es algo con lo que hemos estado luchando y cuestionándonos desde que pudimos formular preguntas.

TKF: ¿Qué esperas exactamente que encuentre TESS?

DRAGOMIR: TESS probablemente encontrará de 100 a 200 mundos aproximadamente del tamaño de la Tierra, así como miles de exoplanetas más hasta Júpiter en tamaño.

BERTHIAUME: Estamos tratando de encontrar planetas que sean análogos de la Tierra, lo que significa que serán similares a la Tierra en sus características, como el tamaño, la masa, etc. Eso significa que queremos encontrar planetas con atmósferas, con una gravedad similar a la de la Tierra. Queremos encontrar planetas que sean lo suficientemente fríos para que el agua pueda ser líquida en sus superficies, y no tan fría que el agua se congele todo el tiempo. Llamamos a estos planetas "Ricitos de Oro", ubicados en la "zona habitable" de una estrella. Ese es realmente nuestro objetivo.

DRAGOMIR: Exactamente correcto. Queremos encontrar el primer "gemelo de la Tierra". TESS encontrará principalmente planetas en la zona habitable de enanas rojas. Estas son estrellas un poco más pequeñas y más frías que el Sol. Un planeta alrededor de una enana roja puede ubicarse en una órbita más cercana a su estrella de lo que podría estar con una estrella más caliente como nuestro Sol y aún así mantener esa temperatura agradable de Ricitos de Oro. Las órbitas más cercanas se traducen en más tránsitos, o cruces de estrellas, lo que hace que estos planetas enanos rojos sean más fáciles de encontrar y estudiar que los planetas alrededor de estrellas similares al Sol.

Los astrónomos están trabajando arduamente en formas en que podríamos empujar los datos de TESS y encontrar algunos planetas en la zona habitable de estrellas similares al Sol, también. Es desafiante porque esos planetas tienen períodos orbitales más largos, es decir, años, que los planetas cercanos. Eso significa que necesitamos mucho más tiempo de observación para detectar suficientes tránsitos de los planetas a través de sus estrellas para decir que definitivamente hemos detectado un planeta. Pero tenemos esperanzas, ¡así que estad atentos!

TKF: ¿Qué necesitas ver para considerar que alguno de los planetas descubiertos por TESS es potencialmente habitable?

TESS descubrirá miles de exoplanetas en órbita alrededor de las estrellas más brillantes del cielo. Este primer estudio de tránsito de todo el cielo en el espacio identificará planetas que van desde gigantes del tamaño de la Tierra hasta gigantes gaseosos, alrededor de una amplia gama de tipos estelares y distancias orbitales. Ninguna encuesta en tierra puede lograr esta hazaña.
Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA / Laboratorio CI

DRAGOMIR: Queremos que un planeta tenga un tamaño cercano a la Tierra por todas las razones que acabamos de dar, pero hay un pequeño problema con eso. Ese tipo de planetas probablemente tendrán atmósferas bastante pequeñas, en comparación con la cantidad de roca que forma su masa. Y para que la mayoría de los telescopios puedan observar una atmósfera en detalle, en realidad necesitamos que el planeta tenga una atmósfera sustancial.

Esto se debe a una técnica que usamos llamada espectroscopía de transmisión. Reúne la luz de la estrella que ha atravesado la atmósfera del planeta cuando el planeta cruza la estrella. Esa luz nos llega con un espectro de la atmósfera del planeta impresa en ella, que podemos analizar para identificar la composición de la atmósfera. Cuanta más atmósfera haya, más material habrá que pueda imprimir en el espectro, dándonos una señal más grande.

Sin embargo, si la luz de la estrella atraviesa muy poca atmósfera, como si estuviéramos mirando con un gemelo de la Tierra, la señal sería muy pequeña. Basado en lo que TESS encuentra, por lo tanto, comenzaremos con planetas más grandes que tienen mucha atmósfera, y a medida que obtengamos mejores instrumentos, nos moveremos hacia planetas cada vez más pequeños con menos atmósfera. Son esos últimos planetas los que probablemente serán habitables.

BERTHIAUME: Lo que vamos a buscar en la atmósfera son cosas como vapor de agua, oxígeno, dióxido de carbono, los gases estándar que vemos en nuestra atmósfera que la vida necesita y produce. También vamos a tratar de medir las cosas desagradables que no son compatibles con la vida tal como la conocemos en la Tierra. Por ejemplo, sería malo para la biología si hubiera demasiado amoníaco en la atmósfera de un mundo. Los hidrocarburos, como el metano, también serían problemáticos en una abundancia demasiado alta.

TKF: Diana, tu especialidad son los exoplanetas más pequeños que Neptuno, un planeta cuatro veces más grande que la Tierra. ¿Cuál es nuestro conocimiento general sobre ese tipo de mundos y cómo ayudará TESS con su investigación?

DRAGOMIR: Una cosa que sabemos sobre estos planetas es que son extremadamente comunes en comparación con los planetas más grandes que Neptuno. Eso está bien. Por lo tanto, esperamos que TESS encuentre muchos planetas más pequeños que Neptuno para que los veamos.

Aunque pequeño es malo para obtener esas huellas atmosféricas de las que acabamos de hablar, si las estrellas están cerca y son brillantes, aún podríamos obtener suficiente luz para hacer buenos estudios. Espero que tengamos suficiente por debajo del tamaño de Neptuno que comencemos a observar las atmósferas de las "súper-Tierras", que son planetas dos veces más grandes que la Tierra. No tenemos ninguna súper-Tierra en nuestro sistema solar, por lo que nos encantaría ver más de cerca este tipo de mundos. Y tal vez, si encontramos un candidato planetario realmente bueno, podríamos comenzar a observar la atmósfera de un planeta del tamaño de la Tierra.

Con mi investigación, una cosa más con la que TESS realmente podría ayudar es descubrir el límite entre un planeta muy gaseoso como Neptuno y un planeta muy rocoso como la Tierra. Creemos que es principalmente una cuestión de masa; tienen demasiada masa, y el planeta se estrella para mantener una atmósfera espesa. En este momento, no estamos seguros de dónde está ese umbral. Y eso importa para que sepamos cuándo un planeta es rocoso y potencialmente habitable, o gaseoso y no habitable.

TKF: Greg, como Gerente de Instrumentos de TESS, viaja mucho sobre tus hombros por el éxito de la misión. ¿Puedes contarnos un poco sobre tu trabajo?

Greg Berthiaume es el administrador de instrumentos de la misión TESS. Basado en el Laboratorio Lincoln del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), también es miembro del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT.

BERTHIAUME: ` ` Mi trabajo como administrador de instrumentos es diferente de un trabajo de ciencias, seguro. Mi trabajo consistía en asegurarme de que todas las piezas, todas las partes que entran en las cuatro cámaras de vuelo y el hardware de procesamiento de imágenes se reproduzcan y trabajen juntas y nos brinden los excelentes datos que necesitamos para que Diana vaya y continúe explorando exoplanetas . Mi papel personal en la misión en realidad termina poco después del lanzamiento. Una vez que hemos demostrado que el satélite proporciona los datos que esperamos, y enfrentamos las sorpresas que puedan surgir, sigo adelante y los datos se envían a la comunidad científica.

Definitivamente me siento responsable de lograr que la calidad de los datos sea lo más alta posible. Mucha gente trabajó muy duro durante años para construir las cámaras que vuelan en TESS y ha sido genial ser parte de ese equipo.

TKF: Nuevas misiones de exoplanetas como los satélites de la Agencia Espacial Europea `` Ariel '' y `` Plato '' están programadas para comenzar a fines de la década de 2020. ¿Cómo podrían estas futuras naves espaciales completar y construir sobre el cuerpo de trabajo de TESS?

DRAGOMIR: `` Lo mejor de TESS es que nos dará mucho para elegir en términos de las mejores opciones para planetas que queremos estudiar. De esa manera, TESS preparará el escenario para la misión de Ariel, que es estudiar profundamente las atmósferas de un grupo selecto de exoplanetas.

La misión de Platón buscará planetas que sean habitables, pero alrededor de estrellas más grandes como el Sol, mientras que TESS se centrará en buscar planetas habitables alrededor de estrellas más pequeñas. Estoy feliz con eso porque no quiero que pongamos todos nuestros huevos en una canasta solo mirando estrellas enanas rojas con TESS. Los planetas alrededor de estas enanas rojas son muy emocionantes en este momento porque son más fáciles de estudiar y transitan sus estrellas con más frecuencia, lo que los hace más fáciles de encontrar. Pero al mismo tiempo, las enanas rojas tienden a ser mucho más activas que el Sol. Cuando una estrella está activa, eso significa que a menudo expulsa ráfagas de radiación llamadas bengalas. Estas erupciones podrían ser muy perjudiciales para la atmósfera de un planeta y hacer que el mundo sea inhabitable.

Al final, por supuesto, vivimos alrededor de una estrella similar al Sol, y hasta ahora, somos el único "nosotros" que conocemos en el universo. Entonces, por esas razones, es genial tener a Platón de manera complementaria y encontrar esos planetas alrededor de los soles que TESS probablemente no podrá encontrar.

TKF: ¿Cuándo espera que se informen los primeros descubrimientos de TESS de mundos nuevos?

BERTHIAUME: Primero, tomará un tiempo llevar a TESS a su órbita única. Es la primera vez que colocamos una nave espacial en un nuevo tipo de órbita altamente elíptica de gran alcance, donde la gravedad de la Tierra y la Luna mantendrá TESS muy estable, tanto desde una perspectiva de órbita como desde una perspectiva térmica. Entonces, una gran parte de lo que sucederá durante las primeras seis semanas es solo lograr esa órbita final.

Luego, hay un período de tiempo en el que se recopilarán datos para asegurarse de que los instrumentos funcionen como se esperaba, así como para optimizar nuestra tubería de procesamiento de datos. Creo que comenzaremos a ver resultados interesantes en algún momento de este verano.

TKF: Además de nuevos mundos, ¿qué más podría revelar TESS sobre el universo?

Un conjunto de dispositivos electrónicos de cámara de vuelo en una de las cámaras TESS, desarrollado por el Instituto MIT Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial (MKI).
Imagen: Instituto Kavli del MIT

DRAGOMIR: Debido a que TESS está observando gran parte del cielo, verá muchas cosas que están sucediendo en tiempo real, no solo exoplanetas cruzando estrellas. En cuanto a esas estrellas, podemos aprender mucho sobre sus propiedades e incluso medir sus masas con bastante precisión haciendo asteroseismología con TESS. Esta técnica implica el seguimiento de los cambios de brillo a medida que las ondas de sonido se mueven a través del interior de las estrellas, al igual que las ondas sísmicas pasan a través de la roca y el interior fundido de la Tierra durante los terremotos.

También estudiaremos la actividad fulgurante de las estrellas, que como mencionamos anteriormente podría hacer que los planetas cercanos y templados alrededor de las estrellas enanas rojas sean inhabitables.

Ascendiendo en tamaño, los científicos querrán buscar en los datos de TESS evidencia de pequeños agujeros negros. Estos objetos extremos, formados cuando explotan estrellas colosales, pueden orbitar estrellas normales que todavía están "vivas", por así decirlo. Estos sistemas nos ayudarán a comprender mejor cómo se forman esos agujeros negros y cómo interactúan con las estrellas compañeras.

Y finalmente, yendo aún más grande, TESS observará las galaxias llamadas cuásares. Estas galaxias ultrabrillantes están alimentadas por agujeros negros supermasivos en sus núcleos. TESS nos ayudará a controlar cómo cambia el brillo de los cuásares, que podemos vincular de nuevo a la dinámica de sus agujeros negros.

TKF: El telescopio espacial James Webb, aclamado como el sucesor del telescopio espacial Hubble, ha sido mencionado durante mucho tiempo como un instrumento principal para hacer las detalladas observaciones de seguimiento sobre exoplanetas prometedores encontrados por TESS. Sin embargo, el lanzamiento de James Webb, que ya se retrasó varias veces, se retrasó un año más, hasta 2020. ¿Cómo afectarán los retrasos en curso de James Webb a la misión TESS?

DRAGOMIR: El retraso de James Webb no es un gran problema porque en realidad nos da más tiempo para recolectar grandes planetas objetivo con TESS. Antes de que podamos usar James Webb para observar realmente los exoplanetas candidatos y estudiar sus atmósferas, primero debemos confirmar que los planetas son reales, que lo que creemos que son planetas no son falsos positivos causados, por ejemplo, por la actividad estelar. Ese proceso de confirmación lleva semanas, utilizando observaciones de soporte de telescopios terrestres. Entonces también tomará semanas o meses obtener la masa de los planetas. Medimos eso al registrar la cantidad de planetas que hacen que sus estrellas anfitrionas experimenten ligeras "oscilaciones" en su movimiento a lo largo del tiempo, debido a la gravedad de los planetas, que están determinadas por su masa.

Una vez que tenga esa masa, más el tamaño de un exoplaneta en función de la cantidad de luz estelar que bloquea durante una detección de TESS, puede medir su densidad y determinar si es rocosa o gaseosa. Con esta información, es más fácil decidir qué planetas queremos priorizar, y cuanto más podamos entender lo que James Webb nos dirá sobre sus atmósferas.

TKF: las naves espaciales a veces tienen elementos extra humorísticos o incluso profundos incorporados. Un ejemplo: los "Golden Records" en la nave espacial gemela Voyager, que contienen imágenes y sonidos de la vida y la civilización en la Tierra, incluido el Taj Mahal y el canto de los pájaros. ¿Hay algún artículo de este tipo incluido en TESS? ¿Alguna marca o mensaje sutil del fabricante?

BERTHIAUME: Una de las cosas que vuela junto con TESS es una placa de metal que tiene las firmas de muchas de las personas que trabajaron en el desarrollo y construcción de la nave espacial. Eso fue algo emocionante para nosotros.

DRAGOMIR: Eso es genial. ¡No lo sabía!

BERTHIAUME: Además, la NASA organizó un concurso internacional invitando a personas de todo el mundo a enviar dibujos de lo que pensaban que serían los exoplanetas. Sé que muchos niños participaron. Todos esos dibujos fueron escaneados en una memoria USB y están volando junto con TESS. La órbita de la nave espacial es estable durante al menos un siglo, por lo que la placa y los dibujos estarán en el espacio durante mucho tiempo.