¿Qué ventajas y dificultades presenta TRAPPIST-1 para observar planetas?
El radio de TRAPPIST-1 equivale a cerca del 12% del solar y apenas supera el de Júpiter. Como la estrella es pequeña, un planeta del tamaño terrestre que pasa por delante oculta alrededor del 0,6% de su luz. El cambio es unas 70 veces mayor que el producido por ese planeta delante del Sol, lo que favorece la medición de su tamaño y su atmósfera. Sin embargo, la superficie estelar tiene manchas oscuras, regiones brillantes y fulguraciones. Si la propia luz de la estrella cambia con el tiempo y la longitud de onda, esas variaciones pueden mezclarse con las huellas de una atmósfera planetaria.
El pequeño tamaño de TRAPPIST-1 ayudó a descubrir sus siete planetas, pero estudiar cada atmósfera exige conocer también los cambios de la estrella. Si se supone que toda su superficie brilla igual, podría parecer que existe un gas ausente del planeta o se podría confundir una señal atmosférica real con una variación estelar.
- Unos 40 años luz Distancia entre el sistema solar y TRAPPIST-1
- Cerca del 12% del radio solar Una estrella apenas mayor que Júpiter
- Cerca del 9% de la masa solar Masa suficiente para mantener la fusión de hidrógeno en el núcleo
- Unos 2.566 K Temperatura superficial cercana a 2.300 °C
¿Por qué TRAPPIST-1 es una estrella si tiene un tamaño parecido al de Júpiter?
Los astrónomos clasifican TRAPPIST-1 como una enana roja ultrafría de tipo M8V. «Ultrafría» significa que tiene una temperatura baja frente a otras estrellas. Su superficie está a unos 2.566 K, cerca de 2.300 °C: menos de la mitad que la del Sol, pero suficiente para fundir roca y metal. La mayor parte de su luz sale como radiación infrarroja, de longitud de onda mayor que la luz visible.
Aunque su tamaño se parece al de Júpiter, su masa es unas 94 veces mayor. Al reunir mucha más materia en un volumen similar, su centro alcanza la temperatura y la presión necesarias para sostener la fusión que transforma hidrógeno en energía. Eso la diferencia de los planetas y las enanas marrones que no pueden mantenerla. TRAPPIST-1 es una estrella pequeña, cercana a la masa mínima necesaria para serlo.
¿Por qué es más fácil encontrar planetas alrededor de una estrella pequeña?
La fracción de luz bloqueada depende de la diferencia de tamaño entre planeta y estrella. TRAPPIST-1 tiene unas 13 veces el radio terrestre, por lo que un planeta como la Tierra cubre aproximadamente una parte de cada 170 de su disco. La luz disminuye cerca del 0,6%, unas 70 veces más que cuando la Tierra pasa delante del Sol.
La estrella es pequeña y sus siete planetas completan una órbita cada 1,5 a 18,8 días, de modo que transitan con frecuencia. Esto permitió al telescopio terrestre TRAPPIST y a Spitzer confirmarlos, y permite a Webb combinar varias observaciones para estudiar atmósferas. Una gran fracción bloqueada no significa que la estrella sea brillante: TRAPPIST-1 es mucho más tenue que el Sol y hay que sumar muchas observaciones para distinguir cambios pequeños.
¿Cómo se busca la atmósfera de un planeta en la luz de su estrella?
Cuando un planeta cruza su estrella, parte de la luz atraviesa la atmósfera de su borde. Los gases absorben determinadas longitudes de onda y hacen que el planeta parezca un poco mayor en ellas. Los investigadores separan la luz por longitud de onda y comparan el momento en que el planeta no está sobre el disco estelar con el tránsito. El resultado se llama espectro de transmisión.
El método presupone que la luz original era igual en ambos momentos. La comparación sería sencilla si toda la superficie tuviera la misma temperatura, pero TRAPPIST-1 no es uniforme. Si la región cruzada por el planeta difiere en temperatura y brillo del resto que queda descubierto, la diferencia medida incluye tanto la atmósfera como la superficie de la estrella.
- Medir la luz cuando el planeta no transita Separarla por longitud de onda y registrar su brillo.
- Volver a medir durante el tránsito Registrar del mismo modo la luz que queda tras el bloqueo del planeta y su atmósfera.
- Comparar ambos resultados Calcular en qué longitudes de onda el planeta ocultó más luz.
- Restar los cambios de la estrella Modelar por separado cómo alteraron la luz las manchas, regiones brillantes y fulguraciones.
- Comprobar que la señal se repite Considerar un gas atmosférico solo si la misma huella aparece en varias observaciones.
¿Pueden los cambios en la superficie de la estrella parecer señales de una atmósfera planetaria?
Las manchas son más frías y oscuras que su entorno; las regiones brillantes son más calientes. Aunque el planeta no las cruce, la luz habitual cambia según la proporción de superficie que ocupen. Una mancha fría se oscurece de forma distinta en cada longitud de onda y puede crear una forma parecida a la absorción de agua u otro gas en la atmósfera planetaria.
Si un planeta cruza una mancha, bloquea menos luz y el brillo observado sube por un momento; si cruza una región brillante, puede oscurecer más de lo normal. Las fulguraciones también cambian en poco tiempo la luz ultravioleta, visible e infrarroja. Como su momento y efecto por longitud de onda varían, una sola observación no permite separarlo todo. Las primeras observaciones de TRAPPIST-1 b con Webb mostraron asimismo rasgos, distintos entre visitas, que parecían originarse en manchas o regiones brillantes.
Ante una estrella pequeña, un planeta tapa una proporción mayor de luz. Pero para conocer bien su atmósfera también hay que calcular la diferencia de brillo entre las zonas que cubre y las que deja visibles.
¿Cómo se distinguen las señales de la estrella y del planeta?
Un solo tránsito no separa con seguridad los cambios estelares de la atmósfera. Los investigadores comparan tránsitos de distintas épocas y registran el brillo y las fulguraciones antes y después. Si observan dos planetas con poca separación, también pueden comparar dos conjuntos de datos obtenidos antes de que la superficie estelar cambie mucho y reconocer el efecto de la estrella.
La disminución de luz cuando un planeta se oculta detrás de la estrella revela el calor emitido por su lado diurno. Es una información distinta de la obtenida cuando pasa por delante. Hay que comprobar si varias longitudes de onda y métodos apuntan a la misma explicación atmosférica. La NASA señala que, según el planeta, distinguir una atmósfera podría exigir cientos de tránsitos durante varios años. Es una estimación de la dificultad que causa la estrella variable, no un número de observaciones ya fijado.
¿Puede una estrella antigua seguir produciendo fulguraciones?
La edad estimada de TRAPPIST-1 es de unos 7.600 millones de años, con una incertidumbre de aproximadamente 2.200 millones en ambos sentidos. Es más antigua que el Sol, pero la edad no elimina necesariamente la actividad magnética. Las enanas rojas evolucionan despacio y pueden mantener actividad y fulguraciones durante mucho tiempo.
La estrella es tenue, por lo que los planetas deben orbitar cerca para recibir una cantidad moderada de luz. Los siete están más cerca de ella que Mercurio del Sol. La radiación ultravioleta y los rayos X de las fulguraciones pueden cambiar moléculas atmosféricas y favorecer que algunos gases escapen. Sin embargo, ver fulguraciones no demuestra que un planeta concreto haya perdido su atmósfera. El resultado depende de su espesor inicial, de un posible campo magnético y de si el interior libera gases nuevos.
La imagen estelar de esta página no es una fotografía detallada de la superficie de TRAPPIST-1 ni su color real para el ojo humano. Las manchas y zonas brillantes se dibujaron para explicar los cambios de luz. Las observaciones establecen el tamaño, la masa y la temperatura globales de la estrella, además de cómo varía su luz con el tiempo.
Fuentes
- NASA Exoplanet Archive — TRAPPIST-1
- NASA Science — ¿Qué está revelando Webb sobre TRAPPIST-1?
- NASA Science — Webb mide la temperatura de TRAPPIST-1 b
- NASA Science — TRAPPIST-1 es más antigua que el sistema solar
- Nature — Siete planetas terrestres templados alrededor de TRAPPIST-1
- The Astrophysical Journal Letters — Fuerte contaminación estelar en los espectros de TRAPPIST-1 b
- The Astronomical Journal — Corrección estelar con tránsitos consecutivos