Exoplanetas

Ariel and ExoClock Proyecto

Los exoplanetas sonplanetas que orbitan estrellas fuera de nuestro sistema solar, y los científicos los buscan para comprender la formación de planetas, determinar si nuestro sistema solar es único y buscar señales de vidaLos exoplanetas se detectan mediante métodos indirectos como el método de tránsito , que detecta la pequeña disminución de la luz estelar de un planeta, y la velocidad radial , que mide el bamboleo de una estrella a medida que un planeta orbita alrededor de ella. También se emplean imágenes directas y otras técnicas como la microlente gravitacional .

¿Qué son?

• Un exoplaneta (o planeta extrasolar) es un planeta que orbita una estrella fuera de nuestro Sistema Solar

• Vienen en una amplia gama de tamaños, desde gigantes gaseosos más grandes que Júpiter hasta mundos rocosos más pequeños como la Tierra o Marte.

• Pueden estar extremadamente calientes o “encerrados en un congelador profundo”.

• Aunque la mayoría orbitan alrededor de estrellas, algunos son "planetas rebeldes" que flotan libremente en el espacio.

¿Cómo los encontramos?

• La mayoría se detectan indirectamente porque son demasiado débiles y distantes para ser vistos directamente contra el resplandor de su estrella anfitriona.

• Método de tránsito: este método detecta la ligera atenuación periódica de la luz de una estrella cuando un planeta pasa frente a ella desde nuestra perspectiva.

• Método de velocidad radial (o bamboleo): Este método mide el pequeño bamboleo de una estrella causado por la atracción gravitacional de un planeta en órbita. Este bamboleo puede detectarse observando los cambios en el espectro de luz de la estrella.

• Imágenes directas : en casos excepcionales, tecnologías avanzadas como los coronógrafos pueden bloquear la luz de la estrella anfitriona, lo que permite a los científicos ver el planeta directamente.

• Microlente gravitacional: este método busca un breve aumento de brillo en la luz de una estrella distante causado por el efecto de lente gravitacional de un planeta que pasa frente a ella.

¿Por qué buscarlos?

• Para comprender nuestro lugar en el universo: al encontrar y estudiar otros sistemas planetarios, los científicos pueden determinar si nuestro sistema solar es típico o único.

• Para estudiar la formación de planetas: los descubrimientos de exoplanetas proporcionan datos para probar y refinar nuestra comprensión de cómo se forman y evolucionan los planetas.

• Para buscar mundos habitables: los científicos esperan encontrar planetas en la "zona habitable" donde podría existir agua líquida y, en última instancia, encontrar evidencia de vida más allá de la Tierra.

Numerosos telescopios contribuyen a la búsqueda y el estudio de exoplanetas, incluyendo algunos en el espacio (conceptos artísticos mostrados aquí) y en la Tierra. Organizaciones de todo el mundo, como la ESA (Agencia Espacial Europea), la CSA (Agencia Espacial Canadiense) y la NSF (Fundación Nacional para la Ciencia), realizan esta labor.

NASA/JPL-Caltech

La misión del telescopio espacial Ariel es un proyecto de la Agencia Espacial Europea (ESA) diseñado para estudiar las atmósferas de 1000 exoplanetas para comprender la formación y evolución de los planetas, con un lanzamiento planeado para 2029. El {Proyecto ExoClock https://www.exoclock.space/} es una plataforma complementaria de código abierto que respalda a Ariel al permitir que científicos profesionales, aficionados y ciudadanos monitoreen y refinen el tiempo de los tránsitos de exoplanetas, lo cual es crucial para las observaciones de Ariel.

Misión del telescopio espacial Ariel

• Objetivo : Realizar el primer estudio a gran escala de las atmósferas de exoplanetas para estudiar su química, composición, formación y evolución.

• Método : Se utiliza espectroscopia de tránsito, observando la luz de una estrella al filtrarse a través de la atmósfera de un exoplaneta, en un amplio rango de longitudes de onda (de 0,5 a 7,8 micrómetros). También se empleará espectroscopia de eclipses y análisis de curvas de fase .

• Objetivo : Observará alrededor de 1.000 planetas orbitando estrellas distantes.

• Lanzamiento : previsto para 2029.

Proyecto ExoClock

• Propósito : Una plataforma abierta diseñada para apoyar la misión Ariel manteniendo y mejorando la precisión de las efemérides de exoplanetas (datos de tiempo y orbitales).

• Contribución : Permite que una comunidad global de observadores (científicos profesionales, aficionados y ciudadanos) contribuyan a la misión proporcionando datos de tiempo cruciales para los exoplanetas que Ariel observará.

• Funcionalidad : Proporciona herramientas y guías para que los observatorios envíen observaciones, lo que ayuda a refinar los tiempos de tránsito y crear un cronograma más preciso para las observaciones de Ariel antes del lanzamiento.

• Comunidad : Involucra a una amplia gama de participantes, desde astrónomos profesionales hasta estudiantes universitarios y público en general.

Misión Espacial Ariel

Tránsito de exoplaneta

Ejemplo de curva de luz

TESS -

Transiting Exoplanet Survey Satellite

TESS se lanzó el 18 de abril de 2018 a bordo del cohete Falcon 9 de SpaceX y ahora orbita la Tierra al doble de velocidad que la Luna. Durante los próximos dos años, este asombroso nuevo satélite observará todo el cielo, dividiéndolo en 26 sectores diferentes. Cada sector es observado por cuatro cámaras extremadamente potentes que, en conjunto, cubren una porción de cielo de 24 por 96 grados. Puede consultar la orientación exacta del satélite en el enlace. Las estrellas en cada uno de estos sectores serán monitoreadas durante al menos 27 días, registrando su brillo cada 2 minutos.

Photo credits: Nasa's Goddard Space Flight Center

El Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS) nos proporciona una enorme cantidad de datos que nos permiten buscar planetas fuera de nuestro Sistema Solar. Cada dos años, TESS se dedicará a sondear doscientas mil estrellas brillantes cercanas, midiendo y registrando su brillo cada dos minutos. Con su ayuda, esperamos descubrir numerosos sistemas planetarios interesantes, lo que nos permitirá explorar la formación y evolución de estos mundos. Nuestros hallazgos podrían incluso acercarnos a la respuesta a la pregunta que todos buscamos: ¿Estamos solos en el Universo?

Puedes participar en el proyecto de investigación haciendo clic en el enlace a continuación, que te llevará al sitio web de Zooniverse para el proyecto.

Este vídeo demuestra cómo la luz recibida disminuye en intensidad a medida que el exoplaneta transita frente a su estrella.

Photo credits: Oscar Barragan

Es extremadamente difícil observar exoplanetas directamente, incluso con los telescopios más grandes. Esto se debe a que los planetas quedan ocultos por la brillante luz emitida por su estrella anfitriona. En cambio, podemos inferir su presencia observando la luz estelar.

TESS registra cómo varía el brillo de las estrellas individuales a lo largo del tiempo. Esta serie temporal de mediciones de brillo se conoce como curva de luz. Cuando un exoplaneta pasa, o transita, frente a su estrella anfitriona, esta se atenúa momentáneamente y observamos una disminución en su curva de luz. Este método de detección de planetas se conoce como el Método de Tránsito y ya ha demostrado ser extremadamente eficaz.

NOTA: Toda la información de esta sección relacionada con el proyecto TESS se refiere al proyecto Zooniverse: Cazadores de Exoplanetas TESS, liderado por Nora Eisner. La información incluida aquí solo proporciona un enlace a un proyecto que consideramos interesante.

Estrellas Variables

AAVSO - American Association of Variable Star Observers

Asociación Americana de Observadores de Estrellas Variables

**Observación y análisis de estrellas variables.

**Recopilación y archivo de observaciones para acceso global.

**Forjando colaboraciones sólidas entre astrónomos aficionados y profesionales.

**Promoción de la investigación científica, la educación y la divulgación pública utilizando datos de estrellas variables.

¿Qué son las estrellas variables?

Las estrellas variables son estrellas que cambian de brillo. Los cambios de brillo de estas estrellas pueden variar desde una milésima de magnitud hasta veinte magnitudes durante períodos de una fracción de segundo a años, dependiendo del tipo de estrella variable. Se conocen y catalogan más de 150.000 estrellas variables, y se sospecha que muchos miles más son variables.

Hay varias razones por las que las estrellas variables cambian su brillo. Las variables pulsantes, por ejemplo, se hinchan y encogen debido a fuerzas internas. Un binario eclipsante se atenuará cuando sea eclipsado por un compañero débil, y luego se iluminará cuando la estrella oculta se aparta del camino. Algunas estrellas variables son en realidad pares de estrellas extremadamente cercanos, intercambiando masa cuando una estrella separa la atmósfera de la otra.

Las diferentes causas de la variación de la luz en estrellas variables proporcionan el ímpetu para clasificar las estrellas en diferentes categorías. Las estrellas variables se clasifican como intrínsecas, donde la variabilidad es causada por cambios físicos como pulsaciones o erupciones en la estrella o sistema estelar, o extrínsecas, donde la variabilidad es causada por el eclipse de una estrella a otra, el tránsito de un planeta extrasolar, o por los efectos de la rotación estelar.

¿Por qué observar estrellas variables?

La ciencia de la astronomía de estrellas variables nos enseña sobre una parte importante del universo: las estrellas. Las estrellas son los motores primarios de la evolución cósmica, particularmente en la creación de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio que nos componen a nosotros y al mundo en el que vivimos. Además, las estrellas y sus sistemas de planetas son los únicos lugares probables en los que encontraremos vida. el universo; al estudiar las estrellas (incluido nuestro propio Sol), también aprendemos sobre posibles moradas para la vida. La investigación sobre estrellas variables es importante porque proporciona información sobre propiedades estelares, como masa, radio, luminosidad, temperatura, estructura interna y externa, composición y evolución. Parte de esta información sería difícil o imposible de obtener de otra manera. En muchos casos, es la naturaleza de la variabilidad la que proporciona las pistas para las respuestas. Esta información se puede utilizar para comprender otras estrellas.

Las estrellas variables deben observarse sistemáticamente durante décadas para determinar su comportamiento a largo plazo. Los astrónomos profesionales no tienen el tiempo disponible ni el acceso ilimitado al telescopio necesario para recopilar datos sobre los cambios de brillo de miles de estrellas variables. Por lo tanto, son los astrónomos aficionados que utilizan técnicas visuales, fotográficas, fotoeléctricas y CCD los que están haciendo una contribución real y muy útil a la ciencia al observar estrellas variables y enviar sus observaciones a la Base de datos internacional de AAVSO. Estos datos importantes son necesarios para analizar el comportamiento de las estrellas variables, programar observaciones satelitales de ciertas estrellas, correlacionar datos de observaciones satelitales y terrestres, y hacer posibles modelos teóricos computarizados de estrellas variables.

Las estrellas variables juegan un papel crucial en nuestra comprensión del universo. Las variables cefeidas han jugado un papel importante en la determinación de las distancias a las galaxias lejanas y en la determinación de la edad del Universo. Las variables de Mira nos dan una idea de la evolución futura de nuestra propia estrella, el Sol. Los discos de acreción en variables cataclísmicas nos ayudan a comprender el comportamiento de los discos a mayor escala, como la actividad dentro de las galaxias activas con agujeros negros supermasivos. Las supernovas nos han llevado a la sorprendente comprensión de que la expansión del Universo se está acelerando. Incluso la búsqueda de vida extraterrestre está iluminada por estrellas variables. Los planetas extrasolares en tránsito proporcionan pistas sobre los procesos de formación planetaria, y el mismo material de que está hecha la vida, tal como la conocemos, proviene de los corazones de las estrellas que explotan en las etapas finales de su evolución.

El Observatorio de San Javier puede observar y crear curvas de luz para estrellas variables mediante un proceso de dos partes. La primera parte consiste en la recopilación de datos con nuestro telescopio refractor fijo guiado para adquirir imágenes FITS mediante el secuenciador avanzado NINA y el complemento Exoplanet/Variable Star Plug-in. La segunda parte consiste en el procesamiento de los archivos de imagen para crear una curva de luz para su envío.

Proceso

Es importante señalar que observar y recopilar datos sobre estrellas variables generalmente lleva mucho más tiempo que crear una curva de luz para el tránsito de un exoplaneta.

****La observación de estrellas variables requiere la recopilación de datos durante muchas noches o incluso semanas o décadas para capturar su ciclo completo de variabilidad, ya que sus períodos pueden variar desde horas hasta años. Se requiere una observación continua y sistemática para determinar su comportamiento a corto y largo plazo y detectar eventos impredecibles.

****Los tránsitos de exoplanetas, en cambio, son eventos relativamente breves (que suelen durar unas pocas horas) que pueden observarse en una sola noche. Si bien una sola observación de un tránsito puede revelar la disminución del brillo, es necesario observar múltiples tránsitos a lo largo del tiempo para confirmar la existencia del planeta, determinar su período orbital y estudiar las variaciones en la sincronización. La sincronización constante entre tránsitos es un factor clave para confirmar su existencia.

Por lo tanto, el Observatorio de San Javier puede participar en la investigación de estrellas variables como un proyecto a largo plazo, mientras que los tránsitos de exoplanetas son útiles para enseñar a los estudiantes cómo funciona el proceso de investigación y no solo proporcionan datos de investigación valiosos y necesarios, sino que también generan resultados más rápidos y refuerzo del aprendizaje.

Main plot: light curve for FK Comae Berenices, plotted from TESS satellite data, Inset: a light curve showing the long term variability adapted from Panov and Dimitrov, A&A 467, 229–235 (2007)

Credit: Wikipedia

Simulation of a Cepheid variable with the pulsation rate greatly sped up, showing the change in luminosity and temperature.

Credit: Merikanto

Herramientas de análisis de imágenes astronómicas

El Observatorio de San Javier utiliza numerosos paquetes de software para la adquisición y el procesamiento de imágenes. Las principales herramientas para el análisis de imágenes son AstroImageJ y HOPS, que se describen en esta sección junto con enlaces a manuales y tutoriales adicionales.

AstroImageJ

AstroImageJ es software de código abierto y se distribuye bajo la Licencia Pública General GNU. Incorpora componentes de ImageJ de dominio público.

Características principales

• Análisis general de imágenes y datos astronómicos

• Pantalla de imágenes interactiva similar a la DS9

• Lee y escribe imágenes y tablas FITS estándar, incluidas las comprimidas FPACK y los cubos de imágenes 3D.

• Imagen TESS (por ejemplo, TESScut) y análisis de la curva de luz SPOC

• Visualización y edición de encabezados FITS

• Resolución de placas a través de la interfaz web de Astrometry.net (capacidad de resolución local en Microsoft Windows)

• Muestra coordenadas astronómicas en el puntero del mouse para imágenes con encabezados WCS

• Proporciona identificación de objetos a través de una interfaz SIMBAD incorporada

• Alinea secuencias de imágenes utilizando encabezados WCS o utilizando aperturas para correlacionar estrellas

• Calibración de imagen que incluye corrección de sesgo, oscuridad, plano y no linealidad con opción de ejecutar en tiempo real

• Interfaz interactiva de fotometría diferencial de series temporales con opción de ejecución en tiempo real

• Varias opciones de apertura (fija, fijada automáticamente, tamaño variable, circular, elíptica, forma arbitraria)

• Las aperturas del conjunto de comparación se pueden seleccionar opcionalmente de forma automática en las imágenes

• Fotometría de series temporales de objetos en movimiento (como asteroides, etc.)

• El conjunto de estrellas de comparación y la tendencia se pueden cambiar sin volver a ejecutar la fotometría diferencial

• Herramienta interactiva de trazado de múltiples curvas optimizada para trazar curvas de luz

• Capacidad de titulación automatizada de parcelas (a partir de encabezados FITS, tablas de mediciones, nombres de archivos)

• Interfaz interactiva de ajuste de curva de luz con eliminación de tendencia simultánea

• Conjunto de comparación automatizado y optimización de destendencia y eliminación de valores atípicos en la curva de luz

• Anotaciones/etiquetas de objetos no destructivos mediante palabras clave de encabezado FITS

• Conversión de tiempo y coordenadas con capacidad para actualizar/mejorar el contenido del encabezado FITS (AIRMASS, BJD, etc.)

• Edición potente de tablas de fotometría (tablas de medidas)

• Manejo de la desbayerización de imágenes en color

• Opcionalmente, ingrese magnitudes aparentes de estrellas de referencia para calcular automáticamente las magnitudes de las estrellas objetivo.

• Opcionalmente, cree el formato Minor Planet Center (MPC) para el envío directo de datos al MPC

• Opcionalmente, cree curvas de luz con formato AAVSO

• Comprobación automatizada de señales binarias eclipsantes cercanas para el seguimiento de TESS (gracias a Dennis Conti)

HOPS - HOlomon Photometric Software

LÚPULO (El software fotométrico HOlomon es un software intuitivo basado en Python para astrónomos aficionados y profesionales del proyecto ExoClock, que analiza datos de tránsitos de exoplanetas . Automatiza los pasos desde la reducción de datos ( calibración y alineación ) hasta la fotometría ( extracción de curvas de luz ) y el modelado , lo que facilita el monitoreo de efemérides de exoplanetas para misiones como ARIEL . Simplifica tareas complejas con guías paso a paso, haciéndolo accesible en Windows, Mac y Linux para que cualquier persona con un telescopio pequeño pueda contribuir a la astronomía real.

Características y funcionalidades clave

• Flujo de trabajo fácil : guía a los usuarios desde la selección de imágenes sin procesar hasta el análisis final de la curva de luz a través de pasos claros y ordenados ( reducción de datos , alineación , fotometría , ajuste ).

• Calibración automatizada : maneja la creación de cuadros de calibración maestros (planos, oscuros) automáticamente, por lo que los usuarios no necesitan preprocesar los datos.

• Herramientas de fotometría : permite la selección de estrellas objetivo y de comparación, la configuración de la apertura y la extracción de datos.

• Análisis de la curva de luz : permite modelar las curvas de luz de tránsito para confirmar los períodos y tiempos de los planetas.

• Independiente de la plataforma : funciona en Windows, macOS y Linux.

Parte del Proyecto ExoClock

• HOPS es una herramienta fundamental para el proyecto ExoClock, una iniciativa para recopilar observaciones terrestres para la misión espacial ARIEL .

• Ayuda a los científicos ciudadanos y a las escuelas a contribuir con datos valiosos para rastrear las órbitas de los exoplanetas (efemérides).