Una nueva forma de buscar exolunas

Nos encantaría encontrar otro planeta como la Tierra. No exactamente como la Tierra; eso es un poco ridículo y probablemente un poco más de ciencia ficción que de ciencia. Pero, ¿y si pudiéramos encontrar uno lo suficientemente similar a la Tierra como para hacernos preguntarnos?

¿Cómo podríamos encontrarlo? Avanzamos de una misión de búsqueda de planetas a la siguiente, compilando una lista de planetas que pueden ser “similares a la Tierra” o “potencialmente habitables”. Pronto, tendremos el telescopio espacial James Webb y su capacidad para estudiar atmósferas de exoplanetas en busca de signos de vida y habitabilidad.

Pero un nuevo estudio se centra en las exolunas y el papel que desempeñan en la habitabilidad de un planeta. Si encontramos una exoluna similar a la Luna en una órbita estable alrededor de su planeta, ¿podría ser evidencia de que el planeta en sí es más parecido a la Tierra? Quizás, pero todavía no hemos llegado.

Ilustración del artista. Crédito: R. Hurt / NASA / JPL / Caltech

Los científicos creen que la relación estable entre la Tierra y la Luna es parte de lo que hace que la Tierra sea habitable. Por un lado, la Luna mantiene estable la inclinación axial de la Tierra, lo que alimenta un clima estable. Los investigadores también saben que muchos factores pueden alterar la estabilidad planeta-luna a largo plazo. En el artículo “ Exolunas en sistemas con un fuerte perturbador: aplicaciones a α Cen AB ”, los autores exploran las relaciones orbitales entre las lunas, sus planetas y estrellas. El autor principal es Billy Quarles, astrofísico y dinamista planetario de Georgia Tech. El artículo se publica en The Astrophysical Journal .

En nuestro propio Sistema Solar, hay muchas más lunas que planetas. Hay un promedio de 20 lunas por planeta, gracias en gran parte a Júpiter y Saturno y sus más de 160 lunas combinadas. Mercurio y Venus no tienen ninguna, la Tierra solo tiene una y Marte solo dos, que probablemente sean asteroides capturados.

Pero nuestro Sistema Solar no es representativo de otros sistemas. El nuestro tiene una sola estrella. Cuando miramos hacia el cielo nocturno, más del 80% de los puntos de luz que vemos son en realidad un par de estrellas, o más, agrupadas. Los sistemas estelares binarios pueden albergar planetas y los planetas pueden orbitar estos sistemas de dos maneras. Circumestelar significa que un planeta órbita solo una de las estrellas, y circumbinario significa que un planeta órbita a ambas estrellas.

Investigaciones anteriores, incluidas algunas del autor principal de este estudio, Billy Quarles, han demostrado que los planetas circumbinarios gigantes pueden albergar exolunas. Pero no se ha encontrado lo mismo para los planetas circumestelares en múltiples sistemas estelares. Eso es parte del propósito de este estudio.

Los investigadores se centraron en nuestro vecino estelar más cercano, el sistema Centauri. Centauri está “sólo” a 4,37 años luz de distancia, lo que está cerca en términos astronómicos. Pero incluso a esa distancia, los planetas son difíciles de detectar. ¿Y lunas? Casi imposible.

“Sabemos que están ahí”, dijo el coautor del estudio, Siegfried Eggl, en un comunicado de prensa . “Solo tenemos que mirar más duro. Pero debido a que es tan difícil verlos, identificamos una forma de detectarlos a través del efecto que tienen en un planeta usando variaciones de tiempo de tránsito ”.

“Sabemos que los planetas, estrellas y lunas de nuestro sistema solar interactúan gravitacionalmente como un juego de mesa gigante”, dijo Eggl. “La luna está interactuando mareamente con la Tierra y ralentizando su propia rotación, pero el Sol también está allí, tirando de ambos. Una segunda estrella actuaría como otro perturbador externo del sistema “.

Los investigadores utilizaron la variación del tiempo de tránsito (TTV) para buscar lunas en el sistema Alpha Centauri. Alpha Centauri es un sistema de estrellas triples, y al menos dos planetas, que orbitan la estrella Proxima Centauri. Proxima Centauri es una enana roja y los dos planetas son Proxima Centauri by Proxima Centauri c. PC b es un planeta terrestre de aproximadamente 1,17 masas terrestres, y PC c es una super-Tierra, o tal vez un mini-Neptuno.

Esta infografía compara la órbita del planeta alrededor de Proxima Centauri (Proxima b) con la misma región del Sistema Solar. Proxima Centauri es más pequeño y más frío que el Sol y el planeta orbita mucho más cerca de su estrella que Mercurio. Como resultado, se encuentra bien dentro de la zona habitable, donde puede existir agua líquida en la superficie del planeta. Crédito de la imagen: Palereddot.org

El método TTV mide los pequeños tirones que los cuerpos ejercen unos sobre otros mientras realizan sus operaciones orbitales. Se usa con mayor frecuencia para encontrar exoplanetas. Cuando un planeta pasa frente a su estrella, la luz de las estrellas se atenúa un poco desde nuestra perspectiva. Si otro objeto está ejerciendo una fuerza sobre el planeta, entonces la sincronización de la luz de las estrellas que se atenúa será variable.

Si el planeta tiene una luna, la luna ejercerá una pequeña fuerza sobre el planeta, haciendo que el planeta se tambalee un poco. Ese bamboleo puede ser suficiente para cambiar la sincronización de la luz estelar bloqueada por el planeta. Medir esos pequeños cambios está en el corazón de TTV.

En un sistema como Alpha Centauri, con múltiples planetas y estrellas, están sucediendo muchas cosas y muchos tirones que resolver. Los planetas en CA están en una órbita circumbinaria, lo que significa que las órbitas son más elípticas que las de la Tierra, por ejemplo. Entonces, algunas de las variaciones de tiempo son causadas por el planeta y su órbita elíptica. Otras de las variaciones de tiempo pueden deberse a exolunas.

Si los observadores pueden averiguar cuáles de las variaciones de tiempo se deben a las exolunas, entonces pueden inferir algunas de las propiedades tanto del planeta como de su luna. “Esta es una prueba indirecta de una luna porque no hay nada más que pueda tirar del planeta de esa manera”, dijo Eggl.

Es difícil desentrañar todas las variables en un sistema de estrellas múltiples como Alpha Centauri. Las órbitas elípticas lo hacen más difícil porque el planeta y su (s) luna (s) pueden moverse a diferentes velocidades. “Cuando las lunas y los planetas tienen órbitas ligeramente elípticas, no siempre se mueven a la misma velocidad. Cuanto más excéntrica es una órbita, más frecuencias se pueden excitar y vemos que estas resonancias se vuelven cada vez más importantes ”, dijo Eggl

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La impresión de este artista muestra al planeta Proxima b orbitando la estrella enana roja Proxima Centauri, la estrella más cercana al Sistema Solar. La estrella doble Alpha Centauri AB también aparece en la imagen entre el planeta y Proxima. Proxima b es un poco más masivo que la Tierra y orbita en la zona habitable alrededor de Proxima Centauri, donde la temperatura es adecuada para que exista agua líquida en su superficie. Crédito: ESO / M. Kornmesser

En algún momento, las resonancias pueden superponerse entre sí y hacer que todo el sistema sea un poco caótico. Pero incluso en el caos, debería haber algunos períodos de estabilidad. “En algún momento, habrá resonancias superpuestas que pueden conducir al caos en el sistema. En nuestro estudio, hemos demostrado, sin embargo, que hay suficientes ‘bienes raíces’ estables para merecer una búsqueda exhaustiva de lunas alrededor de planetas en sistemas de estrellas dobles ”, dijo el coautor Eggl.

Este estudio tiene como objetivo la “propiedad inmobiliaria” estable en la órbita de un planeta en un sistema de tres cuerpos, donde hay dos estrellas y un planeta. Donde el planeta es estable, hay otra jerarquía anidada de tres cuerpos entre la estrella binaria, el planeta y su luna. Hay más: “Además, una estrella secundaria orbita el centro de masa del sistema de tres cuerpos a una distancia tal que la órbita planetaria permanece estable para producir una configuración jerárquica de cuatro cuerpos”, escriben los autores. Los autores dicen que puede ver todo el arreglo como dos problemas de tres cuerpos que son parejas.

El autor principal, Quarles, utilizó las mareas del océano aquí en la Tierra para ayudar a explicar sus esfuerzos. “La principal diferencia con los sistemas binarios es que la estrella compañera actúa como la marea en la playa, donde periódicamente entra y borra la playa. Con una órbita binaria más excéntrica, se elimina una porción más grande de la “propiedad inmobiliaria” estable. Esto puede ayudar mucho en nuestra búsqueda de lunas en otros sistemas estelares “.

Uno de los temas centrales detrás de este trabajo es no solo identificar exolunas sino determinar su longevidad. La longevidad de una luna puede ayudar a la habitabilidad a largo plazo de un planeta. Eso es lo que pasó aquí en la Tierra. Pero hay muchas razones por las que una luna puede ser expulsada o escapar del agarre orbital de su planeta. Las órbitas excéntricas en un sistema estelar binario son una de las principales razones. Una de las estrellas en un sistema binario actúa como un perturbador, alejando a la luna de su planeta.

La Luna juega un papel importante en la habitabilidad de la Tierra.  Lo mismo probablemente sea cierto en otros sistemas solares.  Créditos de imagen: NASA SVS / Ernie Wright.  Créditos de imagen: NASA SVS / Ernie Wright

La Luna juega un papel importante en la habitabilidad de la Tierra. Lo mismo probablemente sea cierto en otros sistemas solares. Créditos de imagen: NASA SVS / Ernie Wright

Los modelos científicos muestran que la disipación de las fuerzas de las mareas entre un planeta y su luna puede liberar a un satélite de su planeta anfitrión. Cuando el equipo aplicó estos modelos al sistema Alpha Centauri, encontraron que la estrella Alpha Centauri A actúa como perturbador y conduce a una mayor excentricidad en la órbita del planeta Alpha Centauri B similar a la Tierra. planeta se vuelve inestable en escalas de tiempo de 10 Gyr. Pero no siempre. También encontraron que las exolunas pueden soportar algunos de los forzamientos excéntricos y permanecer estables.

Entonces, ¿qué significa todo esto? ¿A que nos lleva eso?

Al estudiar el TTV del planeta análogo a la Tierra en Alpha Centauri, el equipo desarrolló limitaciones sobre cómo podría verse una configuración Tierra-Luna en otros sistemas solares binarios. El TTV para un combo Tierra-Luna en otros sistemas podría ser muy pequeño. Podría ser tan pequeño como algunos de los TTV detectados por la misión Kepler en sistemas solares distantes. Algunas de esas detecciones son probablemente ruido astronómico, algunas probablemente sean evidencia de exolunas.

Encontrar exolunas y comprender su longevidad podría resultar un método crítico para evaluar planetas en busca de habitabilidad potencial, justo a la altura de la posición de un planeta en la zona habitable de una estrella.

“Si podemos usar este método para mostrar que hay otras lunas ahí afuera, entonces probablemente haya otros sistemas similares al nuestro”, dijo Quarles. “La luna también es probablemente crítica para la evolución de la vida en nuestro planeta porque sin la luna la inclinación del eje de la Tierra no sería tan estable, cuyos resultados serían perjudiciales para la estabilidad climática. Otros estudios revisados ​​por pares han demostrado la relación entre las lunas y la posibilidad de una vida compleja “.

Fuente: Universe Today , por Evan Gough.

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