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Científicos descubren el sistema de cinco planetas

Visualización del artista del sistema K2-138, el primer sistema de múltiples planetas descubierto.

La científica del personal de Caltech, Jessie Christiansen, es la fundadora de un proyecto científico-ciudadano llamado Exoplanet Explorers.

En su búsqueda de planetas exoplanetas fuera de nuestro sistema solar, el telescopio Kepler de la NASA se encuentra detrás de la Tierra, midiendo el brillo de las estrellas que pueden albergar planetas. El instrumento identifica planetas potenciales alrededor de otras estrellas buscando depresiones en el brillo de las estrellas que ocurren cuando los planetas se cruzan en frente de ellos o los transitan. Por lo general, los programas de computadora marcan las estrellas con estas caídas de brillo, luego los astrónomos miran a cada uno y deciden si pueden o no albergar a un candidato planetario.

Durante los tres años de la misión K2, se han observado 287,309 estrellas, y decenas de miles más entran cada pocos meses. Entonces, ¿cómo los astrónomos revisan toda esa información?

Ingrese al proyecto científico ciudadano Exoplanet Explorers, desarrollado por el astrónomo de UC Santa Cruz Ian Crossfield y la científica del personal de Caltech, Jessie Christiansen. Exoplanet Explorers está alojado en Zooniverse, una plataforma en línea para la investigación de crowdsourcing.

"Las personas en cualquier lugar pueden iniciar sesión y aprender cómo son las señales reales de los exoplanetas, y luego revisar los datos reales recopilados del telescopio Kepler para votar si clasifican o no una señal determinada como tránsito o simplemente ruido", dice Christiansen. "Tenemos cada señal de tránsito potencial vista por un mínimo de 10 personas, y cada una necesita un mínimo del 90 por ciento de los votos 'sí' para ser considerados para una mayor caracterización".

A principios de abril, apenas dos semanas después de que el prototipo inicial de Exoplanet Explorers se estableciera en Zooniverse, se presentó en un evento de tres días en la serie de televisión ABC Australia Stargazing Live . En las primeras 48 horas posteriores a la presentación del proyecto, Exoplanet Explorers recibió más de 2 millones de clasificaciones de más de 10,000 usuarios. En esa búsqueda se incluía un nuevo conjunto de datos de la misión K2: la reencarnación de la misión primaria de Kepler, que finalizó hace tres años. K2 tiene un campo de visión completamente nuevo y una gran cantidad de estrellas alrededor de las cuales buscar planetas. Ningún astrónomo profesional había revisado este conjunto de datos, llamado C12.

De vuelta en California, Crossfield y Christiansen se unieron al astrónomo de la NASA Geert Barentsen, que estaba en Australia, examinando los resultados a medida que ingresaban. Utilizando la profundidad de la curva de tránsito y la periodicidad con la que aparece, hicieron estimaciones de la magnitud del planeta potencial es y qué tan cerca orbita alrededor de su estrella. En la segunda noche del programa, los investigadores discutieron los datos demográficos de los candidatos planetarios encontrados hasta el momento: 44 planetas del tamaño de Júpiter, 72 de tamaño Neptuno, 44 ​​de tamaño de la Tierra y 53 supuestos de la Super Tierra, que son más grandes que la Tierra pero más pequeño que Neptuno.

"Queríamos encontrar una nueva clasificación que sería emocionante anunciar en la noche final, por lo que originalmente estábamos explorando los candidatos planetarios para encontrar un planeta en la zona habitable, la región alrededor de una estrella donde podría existir agua líquida", dice Christiansen. "Pero puede demorar un poco en validar, para asegurarse de que realmente es un planeta real y no una falsa alarma. Por lo tanto, decidimos buscar un sistema de múltiples planetas porque es muy difícil obtener una señal falsa accidental de varios planetas ".

Después de esta decisión, Barentsen se fue a tomar una taza de té. Cuando regresó, Christiansen había ordenado los datos de crowdsourcing para encontrar una estrella con múltiples tránsitos y descubrió una estrella con cuatro planetas en órbita. Tres de los cuatro planetas tenían el 100 por ciento de votos "sí" de más de 10 personas, y el restante tenía un 92 por ciento de votos "sí". Este es el primer sistema multi-planeta de exoplanetas descubierto completamente por crowdsourcing.

Después de que se anunció el descubrimiento en Stargazing Live , Christiansen y sus colegas continuaron estudiando y caracterizando el sistema, denominado K2-138. De acuerdo con Christiansen, validaron estadísticamente el conjunto de señales planetarias como "extremadamente probables" para que fueran señales de verdaderos planetas. También descubrieron que los planetas orbitan en una relación matemática interesante llamada resonancia, en la que cada planeta tarda casi exactamente un 50% más en orbitar la estrella que el siguiente planeta. Los investigadores también encontraron un quinto planeta en la misma cadena de resonancias y pistas de un sexto planeta también. Un documento que describe el sistema ha sido aceptado para su publicación en The Astronomical Journal .

Este es el único sistema con una cadena de resonancias ininterrumpidas en esta configuración, y puede proporcionar pistas a los teóricos que buscan desbloquear los misterios de la formación de planetas y la migración.

"La arquitectura orbital similar a un reloj de este sistema planetario recuerda profundamente a los satélites galileanos de Júpiter", dice Konstantin Batygin, profesor asistente de ciencia planetaria y van Nuys Page Scholar, quien no participó en el estudio. "Las conmensurabilidades orbitales entre los planetas son fundamentalmente frágiles, por lo que la configuración actual de los planetas K2-138 apunta claramente a un ambiente de formación laminar y más suave de estos mundos distantes".

"Algunas teorías actuales sugieren que los planetas se forman por una dispersión caótica de roca y gas y otro material en las primeras etapas de la vida del sistema planetario. Sin embargo, estas teorías probablemente no resulten en un sistema ordenado tan compacto como K2-138, "dice Christiansen. "Lo emocionante es que encontramos este sistema inusual con la ayuda del público en general".

El documento se titula:

"El sistema K2-138: Una cadena de cinco planetas descubierta por científicos"
.Además de Christiansen, Crossfield y Barentsen; otros coautores incluyen Chris Lintott, Campbell Allen, Adam McMaster, Grant Miller, Martin Veldthuis de la Universidad de Oxford; Thomas Barclay de la NASA Goddard y la Universidad de Maryland; Brooke Simmons de UC San Diego; El erudito postdoctoral de Caltech Erik Petigura; Joshua Schlieder de la NASA Goddard; Courtney Dressing de UC Berkeley; Andrew Vanderburg de Harvard; Sarah Allen y Zach Wolfenbarger del Planetario Adler; Brian Cox de la Universidad de Manchester; Julia Zemiro de Australian Broadcasting Corporation; El profesor de Astronomía Caltech, Andrew Howard; John Livingston de la Universidad de Tokio; Evan Sinukoff de Australian Broadcasting Corporation y la Universidad de Hawai'i en Manoa; Timothy Catron de la Universidad Estatal de Arizona; Andrew Gray, Joshua Kusch, Ivan Terentev, y Martin Vales of Zooniverse como parte de la Universidad de Oxford; y Martti Kristiansen de la Universidad Técnica de Dinamarca. Los fondos fueron proporcionados por la Dirección de Misión Científica de la NASA, Google, la Fundación Alfred P. Sloan, la NASA, la National Science Foundation, el Departamento de Energía de EE. UU., El japonés Monbukagakusho, la Max Planck Society y el Higher Education Funding Council for England.

Escrito por Lori Dajose/caltech.edu

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