Un equipo de astrónomos de la Universidad de Chicago y el Grinnell College busca cambiar la forma en que los científicos abordan la búsqueda de planetas similares a la Tierra que orbitan estrellas distintas al Sol. Están a favor de adoptar un enfoque estadístico comparativo para buscar planetas habitables y vida más allá desistema solar.
"La naturaleza de la prueba no debería ser: 'Podemos señalar un planeta y decir, sí o no, ese es el planeta que alberga la vida extraterrestre", dijo Jacob Bean, profesor asociado de astronomía y astrofísica en UChicago. "Es una estadísticaejercicio. ¿Qué podemos decir para un conjunto de planetas sobre la frecuencia de la existencia de ambientes habitables, o la frecuencia de la existencia de vida en esos planetas? "
El enfoque estándar de investigar exoplanetas, o planetas que orbitan estrellas distantes, ha implicado estudiar un pequeño número de objetos para determinar si tienen los gases correctos en las cantidades y proporciones apropiadas para indicar la existencia de vida. Pero en un artículo reciente concoautores Dorian Abbot y Eliza Kempton en el Letras del diario astrofísico , Bean describe la necesidad de "pensar en las técnicas y enfoques de la astronomía en este juego, no como científicos planetarios que estudian exoplanetas".
"La naturaleza nos ha proporcionado una gran cantidad de sistemas planetarios", dijo Kempton, profesor asistente de física en el Grinnell College en Iowa. "Si examinamos una gran cantidad de planetas con mediciones menos detalladas, aún podemos tener un sentido estadísticosobre la prevalencia de los ambientes habitables en nuestra galaxia. Esto nos daría una base para futuras encuestas más detalladas ".
Kempton y Bean dan fe de los desafíos de hacer observaciones detalladas de un planeta potencialmente similar a la Tierra. Juntos han estudiado previamente la súper Tierra conocida como GJ 1214b, un exoplaneta con una masa mayor que la de la Tierra pero menor que los gigantes gaseosos comoNeptuno y Urano. GJ 1214b resultó estar bastante nublado, lo que les impidió determinar la composición de su atmósfera.
"Un gran estudio estadístico nos permitirá observar muchos planetas", dijo Kempton. "Si un solo objeto resulta particularmente difícil de observar, como GJ 1214b, eso no será una pérdida importante para el programa de observación enEl conjunto."
La inspiración para el documento surgió de la membresía de Bean en el Equipo de Definición de Ciencia y Tecnología que está evaluando el potencial para un nuevo telescopio espacial, el Gran Estudio UV / Óptico / Infrarrojo propuesto por la NASA LUVOIR.
Una de las prioridades científicas de LUVOIR es la búsqueda de planetas similares a la Tierra. Durante una reunión del equipo, Bean y sus colegas enumeraron todas las propiedades de un exoplaneta potencialmente habitable que necesitan medir y cómo obtendrían los datos.En el estado actual de la tecnología, Bean concluyó que es poco probable que los científicos puedan confirmar que un exoplaneta individual sea adecuado para la vida o si la vida está realmente allí.
Sin embargo, los astrónomos han reunido una impresionante cantidad de datos exoplanetarios del observatorio espacial Kepler de la NASA, que opera desde 2009.
"Kepler cambió completamente el juego", dijo Bean. "En lugar de hablar de unos pocos planetas o unas pocas decenas de planetas, de repente tuvimos unos pocos miles de candidatos a planetas. Eran candidatos a planetas porque Kepler definitivamente no podíaprobar que la señal que estaba viendo se debía a los planetas "
El enfoque estándar ha sido tomar observaciones adicionales para cada candidato para descartar posibles escenarios de falsos positivos o para detectar el planeta con una segunda técnica.
"Eso es muy lento. Un planeta a la vez, muchas observaciones diferentes", señaló Bean. Pero una alternativa es hacer cálculos estadísticos para la probabilidad de falsos positivos entre estos miles de candidatos a exoplanetas. Ese nuevo enfoque condujo directamentepara una buena comprensión de la frecuencia de exoplanetas de diferentes tamaños. Por ejemplo, los científicos ahora pueden decir que la frecuencia de los planetas de tipo súper-Tierra es del 15 por ciento, más o menos 5 por ciento.
Los estudios espectroscópicos desempeñan un papel clave en la caracterización de exoplanetas. Esto implica determinar la composición de una atmósfera planetaria midiendo sus espectros, la radiación distintiva que los gases absorben en sus propias longitudes de onda particulares. Bean y sus coautores sugieren centrarse en lo que puede seraprendí al medir los espectros de un gran conjunto de exoplanetas terrestres.
La espectroscopía puede, por ejemplo, ayudar a los investigadores exoplanetarios a verificar un fenómeno llamado retroalimentación de meteorización por silicatos, que actúa como un termostato planetario. A través de la meteorización por silicatos, la cantidad de dióxido de carbono atmosférico varía según los procesos geológicos. Los volcanes emiten dióxido de carbono a la atmósfera, pero la lluvia y las reacciones químicas que ocurren en rocas y sedimentos también eliminan el gas de la atmósfera.
El aumento de las temperaturas pondría más vapor de agua en la atmósfera, que luego llueve, aumentando la cantidad de dióxido de carbono disuelto que interactúa químicamente con las rocas. Esta pérdida de dióxido de carbono de la atmósfera tiene un efecto de enfriamiento. Pero a medida que un planeta comienzaal enfriarse, la meteorización de las rocas se ralentiza y la cantidad de dióxido de carbono se acumula gradualmente a partir de sus fuentes volcánicas, lo que provoca un aumento de las temperaturas.
Las observaciones a escala global sugieren que la Tierra ha experimentado retroalimentación de meteorización por silicatos. Pero los intentos de verificar que el proceso esté funcionando hoy en la escala de cuencas fluviales individuales ha resultado difícil.
"Los resultados son muy ruidosos. No hay una señal clara", dijo Abbot. "Sería genial tener otra confirmación independiente de los exoplanetas".
Los tres coautores están interesados en dar detalles de los experimentos que propusieron en su artículo. Abbot planea calcular cuánto dióxido de carbono sería necesario para mantener un planeta habitable en un rango de intensidades de radiación estelar mientras cambia varios parámetros planetariosTambién evaluará qué tan bien un futuro instrumento podría medir el gas.
"Luego armaremos esto para ver cuántos planetas necesitaríamos observar para detectar la tendencia que indica una retroalimentación de meteorización de silicato", explicó Abbot.
Mientras tanto, Bean y Kempton están interesados en detallar lo que un censo estadístico de gases biológicamente significativos como el oxígeno, el dióxido de carbono y el ozono podría revelar sobre la habitabilidad planetaria.
"Me gustaría tener una mejor comprensión de cómo algunos de los telescopios de próxima generación podrán distinguir tendencias estadísticas que indican planetas habitables o habitados", dijo Kempton.
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Materiales proporcionado por Universidad de Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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