Descubren una nueva rama en el árbol de la familia de los exoplanetas conocidos.

Kepler muestra que los  exoplanetas pequeños son o súper-Tierras o mini-Neptunos

Este bosquejo ilustra un árbol de la familia de los exoplanetas. Los planetas nacen de discos arremolinados de gas y polvo llamados  discos protoplanetarios. Los discos dan lugar a los planetas gigantes como Júpiter, así como también a planetas más pequeños, en su mayoría entre los tamaños de la Tierra y Neptuno. Los investigadores que utilizan datos del Observatorio WM Keck y de la misión Kepler de la NASA descubrieron que los planetas más pequeños se pueden dividir limpiamente en dos grupos de tamaño: los planetas rocosos similares a la Tierra y súper-Tierras, y los gaseosos mini-Neptunos. Crédito: NASA / Kepler / Caltech (T. Pyle).
Desde mediados de la década de 1990, cuando se descubrió el primer planeta alrededor de otra estrella similar al Sol, los astrónomos han estado acumulando lo que ahora es una gran colección de casi 3.500 exoplanetas que han sido confirmados.
El catálogo de exoplanetas definitivo de Kepler, fue lanzado en una conferencia de prensa el 19 de Junio del 2017 se compone actualmente de 4.034 candidatos a exoplanetas. De ellos, 49 son mundos rocosos en zonas habitables de sus estrellas, entre ellos 10 recién descubiertos. Hasta el momento, 2.335 candidatos han sido confirmados como planetas y que incluyen unos 30 mundos templados terrestres.

Hay 4.034 candidatos a planetas conocidos ahora con el lanzamiento del octavo catálogo de candidatos a exoplanetas Kepler. De ellos, 2.335 han sido confirmados como planetas. Los puntos azules muestran planetas candidatos de catálogos anteriores, mientras que los puntos amarillos muestran nuevos candidatos del octavo catálogo. Los nuevos candidatos a planetas continúan encontrándose en todos los períodos y tamaños debido a la mejora continua en las  técnicas de detección. Cabe destacar que 10 de estos nuevos candidatos son cercanos a la Tierra en tamaño y en periodos orbitales, tienendo la oportunidad de ser rocosos con agua líquida en su superficie. Datos actualizados a Junio, 2017. Crédito de la imagen: NASA / Centro de Investigación Ames / Wendy Stenzel.

 

Este histograma muestra el número de planetas por cada 100 estrellas como una función del tamaño del planeta respecto al de la Tierra realizado antes del análisis de los datos completos suministrados por Kepler y Keck.. En la zona comprendida entre 1 y 3 radios terrestres se ve un histograma  uniforme. Con el análisis de la base de datos completa de Kepler y Keck aparece allí una brecha, como se ve en el gráfico de la fig. inferior. Crédito: Crédito: NASA / Ames / Caltech / Universidad de Hawai (BJ Fulton).
En un nuevo estudio dirigido por el Caltech, los investigadores han clasificado estos planetas en la misma forma que los biólogos  identifican nuevas especies animales y han aprendido que la mayoría de los exoplanetas conocidos a la fecha se distribuyen en relación a su tamaño en dos grupos  distintos:  los planetas rocosos similares a la Tierra y los mini -Neptunos de mayor tamaño  El equipo utilizó datos de la misión Kepler de la NASA y del Observatorio WM Keck.
“Se trata de una nueva división importante en el árbol de la familia de planetas, de forma análoga al descubrimiento de que los mamíferos y lagartos son distintas ramas en el árbol de la vida”, dice Andrew Howard , Profesor de Astronomía en el Caltech e Investigador Principal (PI) de la nueva investigación. El autor principal del nuevo estudio, que será publicado en el Astronomical Journal , es Benjamin J. (B. J.) Fulton, un estudiante graduado en el grupo de Howard, quien divide su tiempo entre Caltech y el Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawai.
En esencia, su investigación muestra que nuestra galaxia tiene una fuerte preferencia por dos tipos de planetas: los planetas rocosos de hasta 1,75 veces el tamaño de la Tierra, y los mundos envueltos en gas del tipo mini Neptunos , que tienen de 2 a 3,5 veces el tamaño de la Tierra (o algo menor que Neptuno). Nuestra galaxia rara vez hace  planetas con tamaños entre estos dos grupos.
“Los astrónomos acostumran poner las cosas en cubos”, dice Fulton. “En este caso, hemos encontrado dos cubos muy distintos para la mayoría de los planetas hallados por Kepler.”

Los investigadores utilizando los  datos del Observatorio WM Keck y de la misión  Kepler de la NASA han descubierto una brecha en la distribución de tamaños de los exoplanetas pequeños , lo que indica que la mayoría de los planetas descubiertos por Kepler hasta ahora se dividen en dos clases distintas de tamaño: las tierras rocosas y súper-Tierras (similares a Kepler 452b), y los mini-Neptunos (similares a Kepler-22b). Este histograma muestra el número de planetas por cada 100 estrellas como una función del tamaño del planeta respecto al de la Tierra. Crédito: NASA / Ames / Caltech / Universidad de Hawai (BJ Fulton).
 
Desde que la misión Kepler se puso en marcha en el 2009, se han identificado y confirmado más de 2.300 exoplanetas. Kepler se especializa en la búsqueda de planetas cercanos a sus estrellas, por lo que la mayoría de estos planetas orbitan más cerca de su estrella de lo que Mercurio gira alrededor del Sol, en aproximadamente un tercio de la distancia Tierra-Sol. Se encontró que la mayoría de estos planetas cercanos a sus respectivas estrellas, tienen tamaños más o menos entre el tamaño de la Tierra y el de Neptuno, que es aproximadamente 4 veces el tamaño de la Tierra. Pero, hasta ahora, se sabía que los planetas tienen una variedad de tamaños que abarcan este rango y no se sabía que se dividen en dos grupos de tamaño.
En el Sistema Solar, no hay planetas con tamaños comprendidos entre los de la Tierra y  Neptuno“, dice Erik Petigura, co-autor del estudio y miembro postdoctoral del Hubble  en Caltech. “Una de las grandes sorpresas de Kepler es que casi cada estrella tiene al menos un planeta más grande que la Tierra pero más pequeños que Neptuno. Realmente nos gustaría saber cómo son estos misteriosos planetas y por qué no los tenemos en nuestro propio Sistema Solar.”
Kepler descubre exoplanetas mediante un indicador: la búsqueda de la disminución del brillo en una estrella a medida que el exoplaneta pasa frente a ella. La magnitud de la disminución se correlaciona con el tamaño del planeta. Sin embargo, con el fin de conocer con precisión los tamaños de los planetas, deben ser medidos los tamaños de las estrellas.
El equipo de Caltech junto con colegas de varias instituciones, incluyendo la Universidad de Berkeley, la Universidad de Hawai, la Universidad de Harvard, la Universidad de Princeton, y la Universidad de Montreal-tomó un vistazo más de cerca a los tamaños de los planetas Kepler con la ayuda del Observatorio Keck. Pasaron años para obtener datos espectrales de las estrellas que alojan a 2.000 planetas Kepler. Los datos espectrales les permitieron obtener mediciones precisas de los tamaños de las estrellas Kepler; estas mediciones, a su vez, permitieron a los investigadores determinar tamaños más precisos para los planetas que orbitan alrededor de ellas.
“Antes, la clasificación por tamaño de los planetas era como tratar de clasificar los granos de arena a ojo desnudo”, dice Fulton. “Disponer de los espectros obtenidos con el Keck es como salir y agarrar una lupa. Pudimos ver detalles que antes no podíamos.”
Con los nuevos datos de Keck, los investigadores fueron capaces de medir los tamaños de los 2.000 planetas con 4 veces más precisión que lo que se había conseguido anteriormente. Cuando examinaron la distribución de tamaños de los planetas, se encontraron con una sorpresa: una brecha notable entre los grupos de rocosos tipo Tierras  y los mini-Neptunes. Aunque unos pocos planetas caen en esa brecha, la mayoría no lo hacen.

 

La causa de la diferencia no está clara, pero los científicos han dado dos explicaciones posibles.

La primera se basa en la idea de que a la naturaleza le gusta hacer un montón de planetas del tamaño de la Tierra. Algunos de esos planetas, por razones que no se comprenden totalmente, terminan adquiriendo suficiente gas para “saltar la brecha” y llegar a ser  mini-Neptunos gaseosos.

Una pequeña cantidad de hidrógeno y helio hacen la diferencia. Así, si un planeta adquiere sólo el 1 por ciento de su masa en hidrógeno y helio , ya es suficiente para saltar la brecha“, dice Howard. “Estos planetas son como rocas con grandes globos de gas a su alrededor. El hidrógeno y el helio que está en el globo en realidad no contribuyen a la masa del sistema en su conjunto, sino que contribuyen al volumen de una manera tremenda, por lo que son planetas mucho más grandes en tamaño “.

La segunda razón por la que es posible que no se encuentren  planetas  en la brecha tiene que ver con la pérdida de gas de los planetas . Si sucede que un planeta adquiere un  poco de gas – la cantidad correcta para colocarlo en la brecha –  el gas puede “quemarse” (perderse) cuando se expone a la radiación de la estrella anfitriona.

“Un planeta tendría que tener suerte para ‘aterrizar en la brecha’, y luego, si lo hiciera, probablemente no permanecería allí”, dice Howard. “Es poco probable que un planeta tenga la cantidad justa de gas para caer en la brecha. Aquellos que sí la tienen, les pueden ser arrancadas sus delgadas atmósferas . Ambos probables escenarios  tallan la diferencia de tamaños de planetas que observamos. “

Este diagrama ilustra cómo se desarrollan los planetas rocosos y se clasifican en dos clases de distinto tamaño . En primer lugar, se forman los núcleos rocosos de los planetas  a partir de piezas más pequeñas. A continuación, la gravedad de los planetas atrae el gas compuesto de hidrógeno y helio . Por último, los planetas se “cuecen” por la luz de sus respectivas  estrellas y pierden un poco de gas. Al alcanzar un umbral  de masa determinado, los planetas conservan el gas y se vuelven gaseosos, los llamados mini-Neptunos; por debajo de este umbral, los planetas pierden todo su gas, convirtiéndose en súper-Tierras rocosas. Crédito: NASA / Kepler / Caltech (R. Hurt).
En el futuro, los investigadores planean estudiar el contenido de elementos pesados ​​de estos planetas para obtener más información sobre su composición. “Estamos viviendo en una era dorada de la Astronomía Planetaria porque estamos a encontrar miles de planetas alrededor de otras estrellas”, dice Petigura. “Actualmente estamos trabajando para entender de qué estan hechos estos mini-Neptunes , lo que debería ayudar a explicar por qué estos planetas se forman tan fácilmente alrededor de otras estrellas y por qué no se formaron alrededor del Sol.”
El estudio, titulado “The California-Kepler Survey. III. A Gap in the Radius of Distribution of Small Planets”, fue financiado por la NASA y la Fundación Nacional de Ciencia.
El Observatorio WM Keck es una organización 501 (c) 3 sin fines de lucro privado y una asociación científica, de Caltech, la Universidad de California, y la NASA.
El Centro de Investigación Ames de la NASA gestiona las misiones Kepler y K2 para el Directorio de Misiones Científicas de la NASA. El Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en Pasadena, California, logró el desarrollo de la misión Kepler. Ball Aerospace &Technologies Corp. opera el sistema de vuelo con el apoyo del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado en Boulder.
Fuente: CalTech.  Artículo original: “ New Branch in Family Tree of Exoplanets Discovered“. Escrito por Whitney Clavin.
 El paper con el trabajo: 
The California-Kepler Survey. III. A Gap in the Radius Distribution of Small PlanetsBenjamin J. Fulton, Erik A. Petigura, Andrew W. Howard, Howard Isaacson, Geoffrey W. Marcy, Phillip A. Cargile, Leslie Hebb, Lauren M. Weiss, John Asher Johnson, Timothy D. Morton, Evan Sinukoff, Ian J. M. Crossfield, Lea A. Hirsch. Paper III in the California-Kepler Survey series, accepted to the Astronomical Journal.
La Conferencia de Prensa que tuvo lugar en el  Ames Research Center de la NASA el 19 de Junio de 2017, donde se dieron a conocer el nuevo catálogo de candidatos a exoplanetas y el nuevo resultado: Kepler Survey Catalog – Media Briefing.
El Anuncio  de prensa: NASA Releases Kepler Survey Catalog with Hundreds of New Planet Candidates.
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La figura anterior (agrandar) muestra a Mayo del 2017, todos los planetas cerca de la zona habitable (el tono verde más oscuro es la zona habitable conservadora y la sombra verde más clara es la zona habitable optimista). Sólo aquellos planetas con menos de 10 masas terrestres o 2,5 radios terrestres están etiquetados. Algunos todavía están sin confirmar (* = no confirmado). Los diferentes límites de la zona habitable se describen en Kopparapu et al. (2014) . El tamaño de los círculos corresponde al radio de los planetas (estimado a partir de una relación masa-radio cuando no está disponible). En el eje vertical se describe la temperatura de las estrellas. En el eje horizontal se describe el flujo estelar que es la cantidad de energía proveniente de la estrella por unidad de tiempo y por unidad de área que recibe un planeta; el flujo de energía disminuye con el cuadrado de la distancia a la estrella: cuanto más lejos esté un planeta de su estrella menos flujo de energía recibe.  Obsérvese cómo cambian tanto el tamaño de los planetas como su cercanía a la estrella que los alberga a medida que crece la temperatura de la estrella. Crédito: PHL @ UPR Arecibo.

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