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Los exoplanetas ‘aurorales’ podrían ayudar a impulsar las búsquedas de vida extraterrestre

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Las intensas emisiones aurorales de las estrellas más pequeñas del universo pueden proporcionar una nueva forma de buscar planetas rocosos que de otro modo pasarían desapercibidos. A medida que un mundo se mueve a través del campo magnético de su estrella, puede producir ráfagas de ondas de radio. El efecto es similar a uno que los astrónomos han estudiado de cerca aquí en el sistema solar: emisiones de radio periódicas producidas por interacciones entre Júpiter y su luna Io. Usando un poderoso radiotelescopio, los investigadores ahora han identificado múltiples estrellas que emiten la actividad reveladora. Cada uno, dicen, podría albergar un mundo pequeño.

Cuando una estrella gira, su campo magnético atraviesa el espacio, interactuando con las partículas cargadas expulsadas de la superficie estelar y arrastradas por el viento estelar. Si un planeta orbita muy cerca de la estrella en rotación, puede acelerar aún más esas partículas, provocando un destello brillante en ondas de radio de baja frecuencia. Estos destellos son fácilmente detectables en los datos del Low Frequency Array (LOFAR), una red europea de radiotelescopios que opera a las frecuencias más bajas que se pueden observar desde la Tierra. LOFAR está realizando una encuesta de radio de campo amplio y baja frecuencia, escaneando el cielo en busca de fuentes. Analizando la primera publicación de datos de 2019, que abarcó aproximadamente una quinta parte del cielo del hemisferio norte, los investigadores señalaron destellos de radio sospechosos de 19 estrellas enanas rojas. Los destellos de cinco de las estrellas se identificaron inicialmente como predicciones muy similares sobre cómo deberían verse los fuegos artificiales aurorales de un planeta cuando se observan desde años luz de distancia. Esos resultados aparecen en un estudio publicado en Astronomía de la naturaleza, y un artículo de preimpresión posterior ha reducido los candidatos a cuatro estrellas.

“No vemos tendencias que esperaríamos si la emisión fuera impulsada por la actividad estelar”, dice el Astronomía de la naturaleza Joseph Callingham, autor principal del estudio, radioastrónomo de la Universidad de Leiden en los Países Bajos. Las cuatro estrellas están relativamente inactivas, lo que significa que es poco probable que emitan constantemente grandes llamaradas que puedan imitar una señal auroral de un mundo en órbita cercana.

Planetas de caza

Durante años, los astrónomos han estado buscando signos de planetas que interactúan con los campos magnéticos de sus estrellas, centrándose en los pequeños subconjuntos de soles que se cree que son los más propicios para la búsqueda. Sin embargo, en lugar de apuntar a estrellas específicas, Callingham y sus colegas confiaron en el estudio ciego y global de LOFAR, lo que permitió una búsqueda más imparcial.

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“Este es un resultado realmente genial”, dice Gregg Hallinan, astrónomo del Instituto de Tecnología de California, que no formaba parte del equipo. “Nadie ha podido hacer esto [before] de forma imparcial “.

A pesar de su diminuto tamaño, en términos de actividad estelar, muchas enanas rojas golpean muy por encima de su peso pluma, golpeando cualquier planeta en órbita con destellos muy poderosos. Por lo general, cuanto más rápido gira una enana roja, más a menudo produce llamaradas. Pero incluso las estrellas de giro lento, como las de la encuesta LOFAR, pueden ocasionalmente hacerlas eructar.

En el estudio posterior, el equipo trató de descartar las quemaduras normales como la fuente de los destellos que encontraron en la encuesta de radio de LOFAR. Para hacerlo, los científicos utilizaron datos ópticos del Satélite de reconocimiento de exoplanetas en tránsito (TESS) de la NASA para verificar los niveles de actividad de sus estrellas objetivo. Esa investigación se ha publicado en línea en el servidor de preimpresión arXiv.org y se publicará en el Cartas de revistas astrofísicas. Si bien se descubrió que una de las cinco estrellas silenciosas previamente identificadas brillaba activamente en los datos de TESS, las otras cuatro permanecieron en silencio, lo que aumentó aún más el caso de que los planetas giratorios sean la causa de sus llamativos destellos de radio.

“Básicamente podemos matar [flares as the cause] para las estrellas menos activas porque no brillan en absoluto ”, dice Benjamin Pope, astrónomo de la Universidad de Queensland en Australia, coautor de la Astronomía de la naturaleza estudio y primer autor del segundo artículo.

Pero los científicos aún no pueden decir que las señales estén definitivamente vinculadas a mundos ocultos. Otras técnicas de detección de planetas más maduras han resultado vacías para cada una de las cuatro estrellas. “No puedo probar que sean planetas, y lo he intentado”, dice Pope.

La mayoría de los esfuerzos para cazar los planetas propuestos comenzaron el año pasado, cuando los investigadores anunciaron el descubrimiento del primer candidato para la interacción estrella-planeta, GJ 1151, una de las cuatro estrellas silenciosas. Dos equipos separados intentaron y no pudieron detectar oscilaciones periódicas en los movimientos de GJ 1151 que deberían surgir del compañero sugerido por los datos de LOFAR: un mundo de aproximadamente una masa terrestre que orbita la estrella quizás cada pocos días, tirándola suavemente de un lado a otro. .

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Esta es una noticia menos que estelar para los investigadores ansiosos por encontrar más formas de localizar y estudiar mundos más allá de nuestro sistema solar. Suvrath Mahadevan, un astrónomo de la Universidad Estatal de Pensilvania, que ayudó a buscar el planeta putativo de GJ 1151 pero no participó en los dos nuevos estudios, dice que aunque los planetas probablemente pueden traicionar su presencia por destellos aurorales, una corroboración inicial independiente de la técnica es esencial. . “La primera vez, realmente desea ver que converjan múltiples líneas de evidencia”, dice. Los datos de técnicas de búsqueda de planetas más robustas deberían encajar con los destellos de radio periódicos vistos por LOFAR u otros observatorios similares, cada uno haciéndose eco del otro para revelar de manera concluyente la presencia de un mundo. “Entonces siento que abres el campo”, dice Mahadevan. “Se convierte en nuestra próxima herramienta de descubrimiento”.

Por ahora, Callingham y sus colegas están duplicando su búsqueda, obteniendo tiempo adicional en LOFAR para las observaciones de seguimiento de GJ 1151 y continuando su inmersión profunda en los datos del estudio del cielo del observatorio. En los próximos años, las actualizaciones de LOFAR, así como el debut de una instalación aún más poderosa llamada Square Kilometer Array, ofrecerán aún más oportunidades de descubrimiento. Los anuncios de candidatos a planetas aurorales adicionales parecen inevitables.

Satélites Stepping-Stone

El ímpetu que impulsa estos esfuerzos es más que una mera curiosidad académica. Las enanas rojas (o enanas M, como los astrónomos prefieren llamarlas de manera confusa) no solo son las estrellas más pequeñas del cosmos, sino también las más longevas y numerosas. Algunas estimaciones sitúan hasta el 75 por ciento de las estrellas en el universo como enanas M, y cada una puede brillar durante cientos de miles de millones, incluso billones, de años. Más importante aún, las extrapolaciones estadísticas de múltiples encuestas implican que casi todas las enanas M albergan al menos un planeta. Solo por números brutos, parecería que M mundos enanos representan la mayor parte de los bienes raíces planetarios del universo. Se desconoce si alguno de esos lugares podría albergar vida, pero estudios como el de Callingham pueden ayudar a resolver el debate.

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Nadie espera que un planeta incrustado en el campo magnético de una enana M sea habitable. Tales mundos estarían tan quemados por la estrella cercana que el agua líquida, la piedra angular de la vida tal como la conocemos, no podría persistir en su superficie. En cambio, pueden ayudar a los investigadores a responder preguntas más fundamentales sobre cómo las enanas M influyen en sus crías planetarias. La inclinación de estas estrellas por estallidos descomunales, por ejemplo, podría barrer las atmósferas de planetas que de otro modo serían habitables, pero un planeta con un fuerte campo magnético podría estar suficientemente protegido para preservar su precioso aire. Los astrónomos ya pueden discernir entre planetas atmosféricos y planetas sin aire en unos pocos sistemas selectos, pero actualmente no tienen formas confiables de medir el campo magnético de un mundo pequeño. Según trabajo de Ph.D. El estudiante Robert Kavanagh y la profesora asociada Aline Vidotto, ambos ahora en la Universidad de Leiden, las observaciones de los destellos aurorales podrían hacer precisamente eso, siempre que la fuerza de un destello sea proporcional a la intensidad del magnetismo de un planeta.

Los estudios de planetas enanos aurorales M también podrían probar la densidad y velocidad del viento estelar de una estrella anfitriona, según Vidotto. (Ni Vidotto ni Kavanagh formaron parte de los dos nuevos estudios). Tales mediciones podrían ayudar a los astrónomos a determinar con qué frecuencia las enanas M experimentan eyecciones de masa coronal, enormes eructos de partículas que, como las llamaradas, pueden ser malas noticias para los planetas cercanos. “Creo [with this technique] aprenderemos mucho más sobre la estrella en sí ”, dice Vidotto.

Todo lo cual, por supuesto, alimenta el misterio sin resolver de la habitabilidad de las enanas M y el mayor enigma de dónde en el cosmos es más probable que se encuentren planetas portadores de vida.

“Los planetas no sobreviven aislados. Sobreviven alrededor de su estrella ”, dice Mahadevan. “Creo que el eje de [understanding M dwarf habitability] es realmente comprender la actividad magnética y la magnetosfera de estas estrellas “.

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