La investigación sobre exoplanetas, que ha avanzado mucho en los últimos años desde el descubrimiento de un planeta gigante alrededor de una estrella similar a nuestro sol, ahora se centra en las enanas rojas, que tienen una masa menor que nuestro sol. Las enanas rojas, que constituyen las tres cuartas partes de las estrellas de nuestra galaxia y existen en gran número en las cercanías de nuestro sistema solar, son excelentes objetivos para encontrar exoplanetas en nuestro vecindario. El descubrimiento de exoplanetas tan cercanos, con observaciones detalladas de sus atmósferas y capas superficiales, nos permitirá discutir la presencia o ausencia de vida en entornos muy diferentes a los de nuestro sistema solar.
Sin embargo, las enanas rojas son muy débiles en luz visible debido a su baja temperatura superficial de menos de 4000 grados. Las búsquedas anteriores de planetas con espectrómetros de luz visible solo han descubierto unos pocos planetas alrededor de enanas rojas muy cercanas, como Próxima Centauri b. En particular, las enanas rojas con temperaturas superficiales por debajo de los 3000 grados (enanas rojas de tipo tardío) no se han buscado sistemáticamente en busca de planetas. El método de tránsito, que detecta cambios en el brillo estelar cuando un planeta cruza frente a una estrella, no requiere tantos fotones como el método espectroscópico Doppler, por lo que la búsqueda de planetas alrededor de enanas rojas mediante el método de tránsito ha ido progresando en los últimos años. . Las búsquedas de planetas en tránsito con TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) pueden detectar planetas terrestres alrededor de enanas rojas relativamente pesadas (enanas rojas de tipo temprano).
Aunque las enanas rojas son objetivos importantes para estudiar la vida en el Universo, son difíciles de observar porque son demasiado débiles en la luz visible. Para resolver las dificultades que implican las observaciones espectroscópicas de enanas rojas, se ha esperado durante mucho tiempo una búsqueda planetaria utilizando un espectrógrafo de alta precisión en el infrarrojo, donde las enanas rojas son relativamente brillantes. Por ejemplo, el brillo del Sol visto desde 30 años luz de distancia es de cinco magnitudes en luz visible y de tres magnitudes en luz infrarroja. Por otro lado, las enanas rojas de tipo tardío más ligeras son muy débiles en la luz visible con una magnitud de 19, pero relativamente brillantes en el infrarrojo con una magnitud de 11.
El Centro de Astrobiología de Japón ha desarrollado con éxito el IRD (InfraRed Doppler instrument), el primer espectrógrafo infrarrojo de alta precisión del mundo para telescopios de la clase de 8 metros. El IRD montado en el Telescopio Subaru puede detectar fluctuaciones diminutas en la velocidad de una estrella, aproximadamente la velocidad de una persona caminando.
El método de tránsito solo puede detectar planetas cuyas órbitas están a lo largo de la línea de visión, mientras que el método Doppler puede detectar planetas independientemente de su orientación con respecto al plano celeste. También es un método importante porque puede determinar la “masa” de un planeta.
El Programa Estratégico IRD Subaru (IRD-SSP) para buscar planetas alrededor de enanas rojas de tipo tardío comenzó en 2019. Esta es la primera búsqueda sistemática de planetas alrededor de enanas rojas de tipo tardío y es un proyecto internacional que involucra a unos 100 investigadores nacionales e internacionales. Durante los primeros dos años, se realizaron observaciones de detección para encontrar enanas rojas “estables” con poco ruido, donde incluso se pueden detectar planetas pequeños. Las enanas rojas tienen una alta actividad superficial, como llamaradas, y esta actividad superficial puede causar cambios en la velocidad de la línea de visión de la estrella incluso si no existen planetas. Por lo tanto, solo las enanas rojas estables con baja actividad superficial son objetivos en la búsqueda de pequeños planetas similares a la Tierra.
Actualmente, el proyecto se encuentra en la fase de observación intensiva de unas 50 enanas rojas prometedoras de tipo tardío que fueron cuidadosamente seleccionadas a través de la selección.
Figura 2: Variación periódica de la velocidad en la línea de visión de la estrella Ross 508 observada por IRD. Está envuelto alrededor del período orbital del planeta Ross 508b (10,77 días). El cambio en la velocidad de la línea de visión de Ross 508 es inferior a 4 metros por segundo, lo que indica que el IRD capturó un bamboleo muy pequeño que es más lento que el de una persona corriendo. La curva roja es la que mejor se ajusta a las observaciones y su desviación de una curva sinusoidal indica que la órbita del planeta es probablemente elíptica. Crédito: Harakawa et al. 2022
El primer exoplaneta descubierto por el IRD-SSP se encuentra a unos 37 años luz de la Tierra, alrededor de una estrella enana roja llamada Ross 508, que tiene una quinta parte de la masa del sol. Este es el primer exoplaneta descubierto por una búsqueda sistemática usando un espectrómetro infrarrojo.
Para confirmar que el bamboleo periódico de Ross 508 se debe efectivamente a un planeta, el equipo del IRD-SSP identificó varios indicadores de actividad estelar que podrían producir un falso positivo de un planeta (p. ej., cambios en el brillo estelar y la forma de alguna emisión). líneas) y mostró que el período de estos indicadores es claramente diferente del período planetario observado. Esta es una tarea más difícil que usar el método Doppler para confirmar candidatos planetarios informados anteriormente por el método de tránsito, pero es un método esencial para detectar planetas que no están en tránsito.
Este planeta, Ross 508b, tiene una masa mínima de solo unas cuatro veces la de la Tierra. Su distancia media a su estrella central es 0,05 veces la distancia entre la Tierra y el Sol, y se encuentra en el borde interior de la zona habitable. Curiosamente, es probable que el planeta tenga una órbita elíptica, en cuyo caso cruzaría a la zona habitable con un período orbital de unos 11 días (Figuras 1 y 2).
Los planetas en la zona habitable podrían retener agua en sus superficies y albergar vida. Ross 508b será un objetivo importante para futuras observaciones para verificar la posibilidad de habitabilidad en planetas alrededor de enanas rojas. Las observaciones espectroscópicas de moléculas y átomos en la atmósfera planetaria también son importantes, mientras que los telescopios actuales no pueden obtener imágenes directas del planeta debido a su proximidad a la estrella central. En el futuro, será uno de los objetivos de las búsquedas de vida por parte de los telescopios de clase 30 metros.
Hasta ahora, solo se conocen tres planetas que orbitan estrellas de tan poca masa, incluido Próxima Centauri b. Se espera que el IRD-SSP continúe descubriendo nuevos planetas.
“Ross 508b es la primera detección exitosa de una súper Tierra usando solo espectroscopía de infrarrojo cercano. Antes de esto, en la detección de planetas de baja masa como las súper Tierras, las observaciones del infrarrojo cercano por sí solas no eran lo suficientemente precisas, y la verificación por mediciones de velocidad de línea de visión de alta precisión en luz visible fue necesario.Este estudio muestra que IRD-SSP solo es capaz de detectar planetas, y demuestra claramente la ventaja de IRD-SSP en su capacidad para buscar con una alta precisión incluso para enanas rojas de tipo tardío que son demasiado débiles para ser observadas con luz visible”, dice el Dr. Hiroki Harakawa (Telescopio Subaru NAOJ), autor principal del artículo de descubrimiento.
“Han pasado 14 años desde el inicio del desarrollo del IRD. Hemos continuado nuestro desarrollo e investigación con la esperanza de encontrar un planeta exactamente como Ross 508b. Este descubrimiento fue posible gracias al alto rendimiento instrumental del IRD, la gran apertura del Telescopio Subaru, y el marco estratégico de observaciones que permitió la adquisición de datos intensiva y frecuente. Estamos comprometidos a hacer nuevos descubrimientos”. dice el profesor Bun’ei Sato (Instituto de Tecnología de Tokio), investigador principal del IRD-SSP.
Estos resultados aparecieron como Harakawa et al. “Una Súper-Tierra en órbita cerca del borde interior de la Zona Habitable alrededor de la enana M4.5 Ross 508” en Publicaciones de la Sociedad Astronómica de Japón el 30 de junio de 2022.
