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El exoplaneta en zona de habitabilidad K2-286b

El pasado mes de diciembre de 2018, fue aceptado para publicación en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) el descubrimiento, confirmación y caracterización del exoplaneta K2-286b, una super-Tierra que orbita en la región interior de la zona de habitabilidad de su estrella, la enana roja (M0V) K2-286. El trabajo fue realizado por un equipo del Grupo de Modelización Matemática de la Universidad de Oviedo (MOMA, con miembros de Aula de Astronomía y la SAA Omega) y del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC).

Noticia emitida el 09/01/19 en los informativos de RTVE

A día de hoy se conocen miles de exoplanetas. ¿Entonces qué tiene de especial K2-286b? pues que orbita en la región interior de la zona de habitabilidad de su estrella, por lo que si se dieran las circunstancias adecuadas, este planeta podría mantener agua líquida en su superficie, requisito necesario para la aparición y el desarrollo de la vida tal y como la conocemos en la Tierra. Cierto es que el concepto de habitabilidad se ve ahora trastocado tras el descubrimiento de océanos interiores en satélites helados como Europa o Encelado, originados por las fuerzas de marea a las que están sometidos. Pero buscar análogos terrestres es todo lo que podemos hacer en otras estrellas, de momento...

Ahora bien, ya conocemos más planetas en zona de habitabilidad. ¿Algo más que tenga de especial? Pues sí; la estrella que orbita, K2-286, es una estrella bastante tranquila, tal y como hemos concluído en nuestro estudio. No parece tener una actividad tan alta como otras enanas rojas (Próxima Centauri es un ejemplo de estrella enana roja rabiosa, con un exoplaneta posiblemente arrasado aunque teóricamente esté en ZH) y por lo tanto el ambiente en el que se encuentra K2-286b puede ser más benigno que el de otros exoplanetas en enanas rojas.

¿Algo más? Pues sí... la estrella que orbita, K2-286, es bastante brillante, tiene magnitud aparente mV=12.76. ¿Y qué? pues que cuanto más brillante sea la estrella, menos difícil es caracterizar la atmósfera del planeta. Tal vez en unos años el futuro telescopio espacial James Webb pueda determinar la composición de la atmósfera de K2-286b, y ¡quien sabe!, tal vez detectar compuestos que en la atmósfera terrestre solo se explican por la actividad biológica. Por eso es tan interesante este exoplaneta.

Y dale con las enanas rojas... ¿por qué buscamos en enanas rojas? En primer lugar por razones estadísticas; este tipo de estrellas son muy numerosas, suponen el 70% de las estrellas de nuestra Galaxia, y además su vida es mucho más larga que la de estrellas como el Sol. Por lo tanto va a ser más fácil pescar en ellas estos planetas en zh análogos terrestres. En segundo lugar por conveniencia; su luminosidad es muy baja, por lo que posibles planetas en ZH orbitarán mucho más cerca, con períodos orbitales del orden de decenas de días, y serán más fáciles de detectar. Además la profundidad de los tránsitos que un planeta rocoso como la Tierra induce en estas estrellas (caso de que transite, claro...), es mucho mayor que en una estrella tipo solar, y si buscamos los planetas mediante el método de la velocidad radial (detectar el bamboleo que el planeta induce en la estrella al orbitarla), como estas estrellas son de baja masa, el bamboleo inducido por el planeta va a ser mayor y más fácilmente detectable. Todo ventajas.

El objeto se detectó trabajando con datos de la campaña 15 del Telescopio Espacial Képler en su misión extendida (K2). En esa campaña el telescopio espacial observó la zona del Escorpión entre el 23 de agosto y el 30 de noviembre de 2017, monitorizando el brillo de unas 23.300 estrellas con el principal objetivo de encontrar exoplanetas mediante el método de los tránsitos. El método consiste en medir levísimas disminuciones periódicas en el brillo de una estrella si se da la casualidad de que el plano orbital de algún planeta coincide con el de nuestra visual, y por lo tanto el planeta transita periódicamente por delante del disco de la estrella. Si esto ocurre, durante un tiempo típico de unas dos horas (más o menos...) veremos cómo el brillo de la estrella desciende del orden de una milésima parte (esta profundidad del tránsito depende del tipo de estrella, del radio del planeta, etc...).

Pues bien, en la curva de luz de la estrella K2-286 (EPIC 249889081) detectamos tres posibles tránsitos separados entre sí 27.36 días (fijaos en la siguiente figura). En el panel superior se muestra la curva de luz de la estrella, con subidas y bajadas de brillo que se deben a la rotación estelar, y también se distinguen los tres tránsitos. En el panel inferior hemos quitado tendencias y los eventos se ven mucho mejor. Tenemos un candidato.

Una vez detectado un candidato empieza el trabajo de confirmación y caracterización. Lo primero es asegurarnos de que la estrella es realmente una enaja roja y obtener sus parámetros exactos (pensemos que los parámetros del planeta se obtienen a partir de lo que sabemos de la estrella, por lo que si caracterizamos mal la estrella todo lo relativo al planeta como su radio, temperatura, etc... estará mal). Para ello nuestros compañeros del Insituto de Astrofísica de Canarias obtuvieron un espectro de la misma con el Gran Telescopio Canarias (GTC, ojo, a día de hoy el mayor telescopio óptico del planeta) y por comparación con modelos teóricos concluyeron que, efectivamente, la estrella es una enana roja M0V. Además los datos del satélite Gaia lo confirmaban, situándola a una distancia de 76 parsecs (244 años luz). En nuestro trabajo concluímos que la estrella tiene una temperatura Tef=3946±100 K, un radio R=0.62±0.02 RSol (Radios solares) y una luminosidad L=0.090±0.050 LSol.

 

Espectro obtenido con GTC de K2-286 (línea negra) comparado con espectros teóricos de estrellas M1V, M0V y K7V de diferente metalicidad.

Hecho esto hemos de descartar falsos positivos... ¿qué pasa si muy próxima a la estrella hay otra que no distinguimos, y que, por ejemplo, es una binaria eclipsante? ¿o si es esa estrella próxima la que tiene el planeta realmente y no la que nosotros creemos? Para descartar estos escenarios se obtuvieron imágenes de alta resolución con el instrumento OISIRIS del GTC, y también se examinaron imágenes de archivo (PanSTARRS-1, 2MASS, POSS). Con alivio comprobamos que no hay compañeras próximas que pudieran causar contaminación. Pero no acaba ahí la cosa. También se realizó una validación estadística del candidato mediante un paquete denominado VESPA. El veredicto negativo. Ya estamos seguros de que el planeta está ahí y no es un falso positivo.

Imágenes obtenidas con el instrumento OSIRIS (GTC) de la estrella K2-286 para descartar posibles fuentes cercanas contaminantes.

El siguiente paso es obtener los parámetros del planeta. Para ello usamos el código Pyaneti, que a partir de los tres tránsitos puestos en fase (ver figura siguiente) y los parámetros que hemos estimado para la estrella, nos devuelve los parámetros del planeta. Obtenemos así que K2-286b tiene un radio R=2.1±0.2 RTierra, una temperatura de equilibrio Teq=60C y un período orbital Porb=27.36 días. Ojo, la temperatura de equilibrio no es la temperatura real del planeta, es solo la temperatura a la que un cuerpo negro estaría en equilibrio a esa distancia de esa estrella. No estamos teniendo en cuenta una posible atmósfera que puede calentar o enfriar el planeta.

Los tres tránsitos presentes en la curva de luz puestos en fase.

Con todos estos ingredientes podemos discutir un poco sobre el planeta. Uno de los resultados más interesantes es comprobar si está dentro de la zona de habitabilidad de su estrella o no. La conclusión es que sí, aplicando un modelo optimista (de Zsom) que tiene en consideración atmósferas de diferentes composiciones a la terrestre junto con otros factores. Además, a partir del período de rotación de la estrella (unos 24 días) podemos inferir que su edad es de unos 1.000 millones de años. Con esta edad su actividad debería ser ya moderada. Observacionalmente también ponemos cotas a la radiación X que emite. Todo esto nos permite concluir que la estrella es poco activa y por lo tanto el ambiente que puede experimentar este planeta es más o menos benigno.

Otra cosa interesante sobre K2-286b es su radio, situado justo en la parte superior del denominado Gap de Fulton. Desde hace unos años, sabemos que hay menos planetas con radio entre 1.5 y 2.0 radios terestres que planetas con radio < 1.5 radios terrestres o radio > 2.0 radios terrestres. ¿Porqué esto es así? Pues no lo sabemos, pero tal vez tenga que ver con erosión originada por la radiación que emite la estrella, por bombardeo en épocas tempranas... K2-286b se encuentra, dentro de los márgenes de error, en el límite superior del gap, así que caracterizar bien este planeta puede ser una pieza importante para entender este puzzle y cómo tiene lugar la propia formación de los planetas. Es interesante comentar que el método del tránsito no nos da información sobre la masa del planeta. En nuestro trabajo la hemos estimado en unas 7 masas terrestres mediante relaciones empíricas. Además hemos realizado cuatro observaciones mediante el espectrógrafo HARPS-N, instalado en el Telescopio Nazionale Galileo, que ponen una cota superior a la masa del planeta y excluyen que sea un gigante gaseoso.

Para finalizar, os ponemos un gráfico que compara K2-286b con otros planetas con masa y radio bien determinados (si tenéis saber cuál es cada uno de los planetas que aparecen en el gráfico, miradlo en el artículo). Para nuestro planeta la indeterminación en el radio es pequeña, pero no podemos decir lo mismo para la indeterminación de su masa, así que habrá que realizar un seguimiento posterior en velocidad radial para medirla con precisión.

Como conclusión: K2-286b es una super-Tierra que orbita dentro de la zona de habitabilidad de su estrella, una M0V brillante y bastante más tranquilla que otras estrellas similares. La caracterización de la atmósfera de este objeto será posible con instrumentos como el James Webb Telescope, por lo tanto tenemos una oportunidad de oro para estudiar una atmósfera de un planeta en zona de habitabilidad, y encontrar sabe Dios qué...

Os dejamos aquí en enlace a la publicación en Arxive

 

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