domingo, 29 de octubre de 2017

Revisitando Proxima b, el exoplaneta más cercano (y II). Habitabilidad.

La recolección de datos de la campaña de 2017 del equipo Red Dots se han cerrado con el mes de septiembre, y estamos a la espera de la publicación de los resultados para saber si Proxima b tiene acompañantes. Mientras esperamos, no está mal darle un repaso a lo conocido de este inquietante planeta.

Tras la primera entrada sobre Proxima b, dedicada a la detección y la estructura interna del planeta, toca ahora ver qué se sabe de su habitabilidad, tema sobre el que se escribe mucho y sin demasiado rigor... Los datos son escasos y los planteamientos suelen ser altamente especulativos.

Esta representación artística de Kepler-438 b bien podría ser aplicada también a Proxima b (Fuente: University of Warwick. Crédito: Mark A. Garlick)

La Actividad Estelar. 

Si del planeta no se sabe gran cosa, la estrella Proxima Centauri es una estrella bien conocida, que ha sido estudiada minuciosamente. Se disponen de datos que permiten asegurar que no es fácil prosperar cerca de Proxima Centauri. Esta estrella asesina intentará matar a todo lo que intente sobrevivir en su Zona Habitable.



Esto es lo que le espera a Proxima b. Eyección de Masa Coronal del 31 de agosto de 2012, vista desde el Solar Dynamics Observatory.  (Fuente: NASA Goddard Space flight Center)

Actividad lo llaman: Fulguraciones, Eyecciones de Masa Coronal (CMEs) y todo tipo de alteraciones magnéticas, por no hablar de que durante su juventud la estrella debió tener una elevada luminosidad que debió aumentar la irradiación durante millones de años.

Proxima Centauri es una estrella muy diferente de nuestro Sol. Comparando con el Sol, su masa es 8 veces menor, su luminosidad un 0,15% y su densidad 40 veces mayor.

Y nadie querría estar cerca de esta estrella durante una tormenta magnética. Las observaciones de Ribas et al. revelaron que el flujo medio en el XUV que recibe Proxima b es de 0,293 W/m2, algo así como 60 veces el que recibe nuestra Tierra.

Muchas personas suelen pensar que el problema reside en que la hipotética Vida del planeta tendría que sobrevivir a intensas radiaciones de rayos X o UV, pero esto no es así. La Vida encontraría la forma de adaptarse. La adaptación más obvia sería permanecer enterrado o sumergido, a salvo de la radiación.

La amenaza real es mucho peor. Si no está protegido por un buen campo magnético, un planeta sometido a esta actividad estelar tan intensa, puede perder su atmósfera como un barco que pierde su velamen en mitad de una tormenta, quedando a la deriva. Un planeta sin atmósfera no puede retener mares en su superficie. No sería habitable en el sentido tradicional, aunque de alguna manera podría retener mares internos.

Lo cierto es que si el planeta va bien pertrechado con un buen núcleo metálico y una buena rotación, puede tener un campo magnético decente, y quizá consiga aguantar. En ese caso, el planeta mostraría un aspecto espectral, eléctrico, y estaría dominado por intensas auroras. De color verde si la atmósfera tiene oxígeno...

Una representación artística de Proxima b. Quizá esta bucólica imagen no sea muy realista.(Fuente: ESO. Crédito: M. Kommesser)




La Habitabilidad de Proxima b.

El anuncio inicial del hallazgo de Proxima b del que apenas se conoce su distancia a Proxima Centauri (0,05 UA), una acotación inferior de la masa (1,27 veces la de la Tierra) y poco más, fue seguido de un abundante material sobre la habitabilidad del planeta.

El anuncio del magnífico hallazgo durante el verano de 2016, incluía el primer (y prometedor) análisis sobre la habitabilidad del planeta basado en los clásicos modelos 1-D de Kopparapu (2013, 2014), poniendo de relieve que Proxima b estaba confortablemente ubicada en la zona habitable.

Siguieron enseguida dos estudios muy detallados sobre la habitabilidad de Proxima b basados en modelos adaptados a las especificidades del planeta. Uno de ellos era un modelo 3-D de circulación global (Turbet, 2016); y otro más simple, y a la vez más versátil, basado en un modelo 1-D (Vicky Meadows, 2016). Ambos mostraban que, asumiendo hipótesis razonables, había esperanzas para la habitabilidad de Proxima b. Aparecían típicamente planetas que bajo el punto subestelar (en el eterno mediodía) eran capaces de albergar océanos de agua líquida, siempre que hubiera acoplamiento de marea, entre otras condiciones. Si había otro tipo de resonancias, como la 3:2 (3 rotaciones por cada 2 órbitas, como Mercurio) las cosas se complicaban un poco y era necesario algo más de CO2 para calentar el planeta.

Posibles distribuciones de temperatura para diversos escenarios dependiendo de rotación y composición atmosférica. Los sincrónicos parecen ser más prometedores. (Fuente: Turbet et al., 2016)

Posteriormente, ya en 2017, apareció el estudio de Boutle et al. realizando correcciones a la baja sobre el de Turbet en la irradiación que el planeta recibía de la estrella. El resultado eran planetas más fríos, sobre todo en la zona de la noche eterna, pero que seguían teniendo posibilidades de albergar mares en la superficie.

Escenarios de Boutle con acoplamiento de marea. No son muy diferentes de los de Turbet. (Fuente: Boutle, 2017)


Aunque más fríos, los escenarios de Boutle et al. para la resonancia 3:2, con y sin excenmuestran algunos escenarios prometedores. (Boutle et al., 2017)


Recientemente, hemos leído un artículo más complejo aún (Del Genio, 2017), que tiene en cuenta, además de la circulación atmosférica, el efecto sobre el clima de  la circulación de los mares del planeta. Si los anteriores modelos dependen de muchas variables  que se asumían a priori, este, al ser más complejo, tiene todavía más. Un ejemplo es el efecto de la salinidad de los mares en el clima del planeta, si es que hay, que es totalmente desconocida.

Los modelos de Del Genio son más complejos y dependiendo de, por ejemplo, la salinidad y la presencia de hielos en la superficie aparecen distintos escenarios. (Fuente: Del Genio et al., 2017)

Todos los estudios muestran posibilidades para la Vida en Proxima b, pero son meros modelos teóricos. Algún día los ELTs estudiarán la atmósfera de Proxima b, tendremos datos para saber qué pasa allí, y abandonaremos esta situación altamente especulativa.

Y fin, en breve tendremos más noticias sobre este planeta y sus posibles acompañantes.

Atentos todos.




La página del equipo Red Dots, que sigue estudiando la estrella.

2016. La detección de Proxima b por el equipo Pale Red Dot.

2016. Martin Turbet explica cuales son los posibles climas que pueden primar en Proxima b partiendo de su rotación, el agua disponible y la composición de la atmósfera.

2016. Victoria Meadows nos describe los posibles climas de Proxima b. Una paper muy interesante, mostrando una gran riqueza de escenarios posibles.

2017. Mis comentarios sobre el artículo de Meadows y Turbet.

2017. Boutle et al. revisan el planteamiento de Turbet con una irradiación menos elevada.

2017. Ignasi Ribas et al. analizan el espectro de la estrella Proxima Centauri.

2017. Anthony D. Del Genio revisan la habitabilidad de Proxima b desde un planteamiento más global y complejo.


domingo, 22 de octubre de 2017

SPECULOOS. A la búsqueda de sistemas similares a TRAPPIST-1.

La forma más fácil de estudiar la atmósfera de los planetas en la Zona Habitable pasa por el estudio de las estrellas ultrafrías. Este tipo de estrellas son realmente muy frías (Te< 2.700 K), de muy baja masa, casi en el límite de lo que es una estrella, ya que solo las enanas marrones son ya más pequeñas, y eso ya no son estrellas.

El telescopio TRAPPIST-Sur, el descubridor de TRAPPIST-1 (Fuente: E. Jehin)

Pues bien, estas estrellas ultrafrías son tan pequeñas que cuando pasa un planeta terrestre entre ellas y la Tierra se produce lo que se denomina un tránsito, tan pronunciado, que es detectable desde los observatorios terrestres, porque la relación entre el radio de un planeta terrestre y el radio de la estrella es suficientemente grande.

Por tener una idea, un tránsito de la Tierra haría que la luz observada del Sol se redujera en algo así como 80 ppm (80 partes por millón), que no es mucho que digamos, aunque algunos telescopios como Kepler pueden detectarlo. Si la Tierra orbitase alrededor de una enana ultrafría el tránsito tendría una profundidad mucho mayor. Según Gillon el tránsito de TRAPPIST-1 e tiene 5.190 ppm, es decir, un 0, 519 %, y esto es algo mucho más fácil de detectar.

Simulaciones de tránsitos de planetas del tamaño de la tierra en la zona Habitable de estrellas enanas rojas. La más pequeña (M9) es la que tiene el tránsito más acusado (Fuente: M. Gillon, 2017)


Claro. Estos tránsitos tan profundos pueden ser objeto de estudios adicionales, más complejos, que permitan estudiar la composición química de la atmósfera del planeta y la búsqueda de posible biosignaturas… con el JWST, el telescopio espacial James Webb.

Las estrellas ultrafrías son un grupo bastante desconocido formado por las enanas rojas más frías (

M7 y posteriores), incluyendo a TRAPPIST-1, que es una M8. Junto con las enanas marrones (L, T e Y) constituyen el grupo de las enanas ultrafrías, y son objetos que brillan mayoritariamente en el infrarrojo cercano y medio.

Es por ello que un observatorio que estudiase tránsitos en el infrarrojo sería muy interesante, y es que quizá uno de estos observatorios detecte alguno de los primeros planetas en los que se encuentren las primeras biosignaturas…

TRAPPIST-1 es una de las 50 enanas ultrafrías más brillantes del sur, junto a 20 estrellas M6 (como Proxima) que el observatorio TRAPPIST-Sur estudió. Pero (y esto es algo impresionante) TRAPPIST es simplemente un humilde prototipo, un estudio de viabilidad de un proyecto mucho más ambicioso: el proyecto SPECULOOS.

El prototipo TRAPPIST-Sur (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope) comenzó a trabajar en 2011 con un telescopio de 60 cm. instalado en 2010 en el observatorio de La Silla en Chile. El telescopio está altamente robotizado y es operado en remoto desde la Universidad en Lieja (en Bélgica), a la que pertenece Michaël Gillon.


El domo de TRAPPIST-Sur. (Fuente: E. Jehin)


Ubicación de TRAPPIST-Sur en el Observatorio de la ESO en La Silla (Chile). Apenas puede verse dentro del círculo. (Fuente: Univ. de Lieja)

En 2016 se instaló un telescopio gemelo en Marruecos. El Observatorio Oukaïmden en las montañas del Atlas aloja al telescopio TRAPPIST-Norte, que es operado en colaboración con la Universidad Cadi Ayyad de Marrakech.i

TRAPPIST-Norte es el gemelo de TRAPPIST-Sur ubicado en los montes del Atlas en Marruecos. (Fuente: Univ. de Lieja)

SPECULOOS (Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars) consistirá en cuatro telescopios (Io, Europa, Ganímedes y Calisto) de 1 m. en el Observatorio Paranal en Chile especialmente sensibles en el infrarrojo. Se espera que en 2018 empiece a analizar muchos cientos de enanas ultrafrías: 500 objetivos serán revisados por los cuatro telescopios durante cinco años.

Descripción de los 4 telescopios de SPECULOOS. (Fuente: M. Gillon)

SPECULOOS-Sur en Monte Paranal. Pueden observarse los dos telescopios que ya están instalados. (Fuente: Universidad de Lieja)

Instalación del primer telescopio de 1 metro (Europa) (Fuente: Universidad de Lieja)


El segundo telescopio (Io) ha sido instalado recientemente (Fuente: Universidad de Lieja)

Por supuesto, hay en proyecto otros telescopios similares para el hemisferio norte. Parece seguro en 2018 un telescopio de 1 m. en San Pedro Mártir, en México, en colaboración con la Universidad de Berna y otro más en la misma ubicación o quizá las Canarias en coloración con el MIT.

Dos telescopios de SPECULOOS-Norte parece que ya tienen presupuesto. (Fuente: M. Gillon)
Si estudiando 50 enanas ultrafrías con el prototipo TRAPPIST-Sur ya tenemos un sistema tan milagroso como TRAPPIST-1, ¿qué pasará cuando los telescopios SPECULOOS hayan analizando cientos o miles?

Es emocionante. Estemos atentos.


2016. El anuncio del hallazgo de 3 planetas en TRAPPIST-1.

2017. Gillon anuncia 3 planetas adicionales más indicios sobre otro.

2017. Descripción del proyecto SPECULOOS.

Página web de la Universidad de Lieja sobre TRAPPIST-1.

Una conferencia de la Universidad de Lieja sobre SPECULOOS.

Nota de la ESO sobre SPECULOOS.

Noticia sobre la llegada durante el verano de Io al Observatorio SPECULOOS, que se une a Europa, instalado a principios del año. Faltan todavía dos telescopios más: Calisto y Ganímedes.






domingo, 15 de octubre de 2017

Difusores. Detectando planetas terrestres desde la Tierra.

Kepler es uno de los telescopios espaciales más exitosos que nunca se han puesto en órbita, con varios miles de exoplanetas descubiertos, algunos además enormemente interesantes. Una de las pocas críticas que se le pueden hacer a tan magnífico telescopio es que, a menudo, los exoplanetas descubiertos son demasiado lejanos, y no es fácil realizar realizar estudios adicionales de los  más   interesantes. El K2, la segunda misión del Kepler, ha paliado en cierta medida esta debilidad, identificando algunos planetas cercanos.

Lo cierto es que las estrellas con tránsitos más interesantes son las detectadas desde observatorios terrestres: TRAPPIST-1, LHS 1140, GJ 1132, GJ 1214,.. Y es que son estrellas cercanas y muy pequeñas y los tránsitos que se producen son, por tanto, detectables desde la Tierra.

La técnica del tránsito ha permitido detectar muchos planetas terrestres. (Fuente: ESO)


Claro. Cualquier mejora que se realice en los detectores de tránsitos en la Tierra puede ser de la mayor importancia.

El futuro del método del tránsito en el espacio está bien servido, con telescopios en el espacio que prometen grandes resultados. Me refiero, claro está, a TESS, CHEOPS (ambos previstos para 2018, si no hay retrasos) y PLATO, ya en la década del 2020. Pero sería realmente útil que una mejora de la precisión de los observatorios en la Tierra permitiera detectar tránsitos de planetas terrrestres en estrellas del tipo solar.

Los observatorios que desde la Tierra intentan detectar planetas por el método del tránsito se enfrentan a dificultades adicionales a las que afectan a los detectores en el espacio. No es un tema fácil:

  • La Gravedad. Sobre todo ocurre en los telescopios más grandes que las estructuras y los espejos se deforman. Así es muy difícil apuntar el telescopio de forma estable por un periodo de tiempo.
  • La Atmósfera, que deforma la Point Spread Function (PFS), es decir, la forma del punto de luz de la estrella, de tal manera que parece que hay variaciones de luz que no son reales. Hay muchas fuentes de ruido: centelleo, fluctuaciones en la transparencia de la atmósfera, variaciones en las condiciones de observación (seeing), ruido de fondo,...
Se puede ver el punto de luz de la estrella (centro). A veces se desenfoca un poco el telescopio para mejorar la fotometría (izquierda) apareciendo la mancha en forma de "donut". Pero una técnica más fina parece ser la utilización de un difusor, distribuyendo la luz de la estrella de forma uniforme. (Fuente: Stefansson, 2017)

Para superar estos problemas se han desarrollado diversas técnicas. La más extendida pasa por que el punto de luz de la estrella se convierta en (por decirlo de alguna manera) un “punto gordo”. De esta manera, la luz de la estrella se distribuye por muchos más detectores de la CCD y se mejora la fotometría.

Cuando toda la luz está concentrada en unos pocos detectores es peor porque los pocos detectores que reciben la luz se saturan, y se vuelven insensibles a las variaciones de luz. Es por ello que quizá la técnica más utilizada es (y esto es sorprendente) desenfocar el telescopio (!!!) Entre otros Southworth et al. en 2009 obtuvo 434 y 385 ppm/minuto con esta técnica.

Otra técnica menos usada es aplicar filtros para seleccionar una estrecha banda del espectro de frecuencias. Se evitan de esta manera variaciones en las líneas asociadas a la absorciones telúricas, variaciones asociadas a cambios en la humedad de la atmósfera y otros efectos. Colón et al. (2012) alcanzó la precisión de 455 ppm/minuto con esta técnica.

Además de la utilización de técnicas altamente sofisticadas, como la utilización de CCDs de transferencia ortogonal (Johnson, 2009, 529 ppm/minuto).

Por supuesto, lo de desenfocar el telescopio para ganar precisión es algo “a priori”, que a veces aporta más problemas que soluciones, como astigmatismo o problemas adicionales en el apuntamiento a la estrella.

Para ello se han desarrollado los DIFUSORES, una técnica sencilla, barata y altamente efectiva. El difusor no es sino un elemento óptico que dispersa la luz de la estrella, que pasa de ser un punto de luz a un área de luz. Algo así como mirar la estrella a través de un cristal con vaho. Los más adecuados son los que dispersan la luz de forma uniforme (tophat) de tal forma que todos los detectores reciben la misma cantidad de luz. En el reciente artículo de Gudmundur Stefansson se muestran los magníficos resultados de un difusor, con una precisión de 300 ppm/minuto en la estrella 16 Cygni, o 62 ppm cada 30 minutos.

Las mejores fotometrías obtenidas en el visible. (Fuente: Stefansson et al., 2017)

Y eso está muy bien, porque para detectar el tránsito de la Tierra en el Sol se necesita bajar de 80 ppm.

Finalizando, hay que recordar el misterioso tránsito que Demory detectó en 2015 de una profundidad de unos 90 ppm (partes por millón) y que podría ser un planeta terrestre en Alfa Centauri B. Esto debería estudiarse..

El misterioso tránsito de Alfa Centauri B podría deberse a un planeta terrestre. (Fuente: Demory, 2015)


Estemos atentos.



2008. John A. Johnson et al. consiguen resultados muy buenos con la sofisticada técnica de CCD con transferencia ortogonal analizando el planeta WASP-10 b, consiguiendo 470 ppm por 1,3 minutos.

2010. Colón et al. consiguen una fotometría muy precisa en sus estudios de HD80606 b aplicando filtros a luz de la estrella.

2012. Tregloand-Reed y Southworth consiguen una fotometría de 258 y 211 ppm para las cadencias de 170 y 200 segundos respectivamente desenfocando el telescopio NTT.

2015. El misterioso tránsito de Demory en Alfa Centauri B. No se sabe si es la señal de un planeta.

2017. El interesante artículo de Gudmundur Stefansson et al. sobre la utilización de difusores tophat. 62 ppm por 30 minutos.