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MAROON-X se embarca en la búsqueda de exoplanetas

Poderoso nuevo instrumento del telescopio Gemini Norte ayuda a medir las propiedades de exoplanetas cercanos

4 Marzo 2021

Utilizando el instrumento MAROON-X recientemente instalado en Gemini Norte, un equipo de astrónomos logró determinar la masa de un exoplaneta en tránsito orbitando alrededor de la estrella cercana Gliese 486. Además de poner a prueba este instrumento innovador, el resultado, cuando se combina con los datos del satélite TESS, mide con precisión propiedades claves de un planeta rocoso que es ideal para observaciones de seguimiento con la nueva generación de telescopios espaciales y terrestres.

El instrumento para cazar exoplanetas MAROON-X obtuvo su primer resultado científico desde su nuevo hogar en el telescopio Gemini Norte de 8,1 metros, parte del Observatorio internacional Gemini, un programa de NOIRLab de NSF y Observatorio AURA [1]. Enviado desde la Universidad de Chicago a mediados de 2019, el instrumento llegó a Gemini en un embalaje de varias cajas de madera. A pesar de los agotadores turnos de 12 horas a una altitud de 4.300 metros (14.000 pies), el equipo de MAROON-X construyó e instaló con éxito el instrumento en un proceso de seis meses conocido como puesta en servicio o comisionamiento. El instrumento ensamblado aprovecha la ubicación de Gemini Norte en Maunakea en Hawai, uno de los mejores sitios de observación del planeta.

"Ha sido un intenso período de seis meses", señaló Jacob Bean, director del equipo de la Universidad de Chicago detrás de MAROON-X. "Hemos pasado diez años desarrollando el instrumento y con MAROON-X ahora instalado en Gemini comenzaremos a obtener información real sobre mundos habitables alrededor de otras estrellas".

El núcleo técnico de MAROON-X se encuentra al final de un puñado de fibras que se prolonga desde detrás del espejo principal de Gemini Norte hasta una pequeña habitación varios pisos más abajo. Dentro de esta habitación con temperatura controlada y encerrado en una cámara de vacío, una colección de dispositivos ópticos de alta precisión forma el espectrómetro en el corazón de MAROON-X. Este espectrómetro mide las variaciones en la luz de estrellas distantes para detectar la influencia sutil de planetas en órbita, lo que convierte a MAROON-X en un cazador de exoplanetas excepcional [2].

El primer resultado científico de MAROON-X determinó la masa del planeta rocoso recién descubierto Gliese 486 b, que orbita Gliese 486, una estrella más pequeña y más tenue que nuestro propio Sol [3]. El planeta tiene una masa aproximadamente tres veces mayor que la de la Tierra, pero con una densidad similar. La composición de este exoplaneta recién descubierto no es su única característica distintiva: su relativa cercanía a la Tierra lo convierte en un candidato ideal para las observaciones con la próxima generación de tecnología astronómica.

“Es emocionante la proximidad de este exoplaneta porque será posible estudiarlo en detalle con otros potentes telescopios como el futuro Telescopio James Webb y varios grandes telescopios como GMT y TMT” explicó Trfon Trifonov, autor principal del estudio que reportó este descubrimiento. “En los próximos años, esperamos usar la espectroscopia de tránsito para buscar signos de una atmósfera y posiblemente determinar la composición de la superficie del planeta”.

MAROON-X fue desarrollado para encontrar y caracterizar exactamente este tipo de exoplaneta: mundos rocosos alrededor de estrellas cercanas cuyas atmósferas son apropiadas para hacer investigaciones de seguimiento usando instrumentos futuros. Así como la nueva generación de telescopios, MAROON-X fue diseñado para trabajar junto al Satélite de Reconocimiento de Exoplanetas Transientes de la NASA (TESS por sus siglas en inglés). En el caso de Gliese 486 b, el equipo utilizó mediciones de MAROON-X y datos adicionales del espectrógrafo CARMENES del Observatorio Calar Alto para determinar la masa del exoplaneta, y combinó esto con el radio planetario que midió la misión TESS para encontrar la densidad de Gliese 486 b, revelando finalmente que se trata de una supertierra rocosa.

“MAROON-X proporciona una nueva y valiosa adición al programa de instrumentos visitantes de Gemini. Demostrando una precisión y una sensibilidad emocionantes, está disponible para que la comunidad astronómica lo use para descubrir y caracterizar nuevos mundos ”, señaló Martin Still, del programa de la División de Ciencias Astronómicas de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos.

Las capacidades de MAROON-X ya son populares entre la comunidad astronómica, con un aumento de solicitudes de tiempo de observación luego de la puesta en servicio del instrumento. Ya se han completado cuatro largas campañas de observación a pesar del impacto de COVID-19, ya que MAROON-X se puede operar de forma totalmente remota. De hecho, las observaciones de Gliese 486 b fueron algunas de las primeras obtenidas con Gemini Norte después de reiniciar sus operaciones en mayo de 2020. Incluso sin astrónomos en el sitio, las capacidades de Gemini y MAROON-X han sido impresionantes: el instrumento puede detectar exoplanetas alrededor de estrellas que son 150 veces más débiles que las visibles a simple vista.

“Este resultado demuestra la capacidad sin precedentes de MAROON-X”, concluyó Jacob Bean. "Este es sólo nuestro primer resultado y a medida que encontremos más, determinaremos qué tipos de planetas rocosos existen, lo que en última instancia nos ayudará a aprender más sobre la formación y evolución de la Tierra".

Notas

[1] MAROON-X es un instrumento para visitantes en Gemini Norte. El programa de instrumentos de Visitas de Gemini permite al observatorio responder a las necesidades emergentes de la comunidad astronómica albergando instrumentos desarrollados por los propios astrónomos. Este programa brinda a los astrónomos la oportunidad de utilizar instrumentos especializados para sus necesidades científicas mientras comparten una amplia gama de instrumentos con la comunidad astronómica en general.

[2] Los astrónomos pueden medir la masa de un exoplaneta observando su estrella anfitriona, ya que la gran mayoría de los exoplanetas no puede captar imágenes directamente. En cambio, los astrónomos miden los diminutos movimientos de las estrellas anfitrionas cuando son arrastradas hacia adelante y hacia atrás por la atracción gravitacional de un planeta en órbita; cuanto más masivo sea el exoplaneta, más se tirará de un lado a otro la estrella anfitriona. MAROON-X mide este movimiento estelar capturando cambios increíblemente precisos en el espectro de la estrella.

[3] La convención para nombrar exoplanetas es tomar el nombre de la estrella madre y agregar una letra minúscula como sufijo, comenzando con la letra b. Como este exoplaneta es el primero en ser descubierto orbitando la estrella Gliese 486, toma el nombre de Gliese 486 b.

[4] CARMENES es la búsqueda de alta resolución de Calar Alto para enanas M con exo Tierras con espectrógrafos Echelle ópticos y de infrarrojo cercano.

Más Información

Esta investigación fue publicada en el paper “A nearby transiting rocky planet ideal for atmospheric investigation” que aparece en la publicación Science.

El equipo está compuesto por T. Trifonov (Max-Planck-Institut für Astronomie), J. A. Caballero (Centro de Astrobiología), J. C. Morales (Institut de Ciències de l'Espai and Institut d’Estudis Espacials de Catalunya), A. Seifahrt (The University of Chicago), I. Ribas (Institut de Ciències de l'Espai and Institut d’Estudis Espacials de Catalunya), A. Reiners (Institut für Astrophysik, Georg-August-Universität), J. L. Bean (The University of Chicago), R. Luque (Instituto de Astrofísica de Canarias and Universidad de La Laguna), H. Parviainen (Instituto de Astrofísica de Canarias and Universidad de La Laguna), E. Pallé (Instituto de Astrofísica de Canarias and Universidad de La Laguna), S. Stock (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg) , M. Zechmeister (The University of Chicago), P. J. Amado (Instituto de Astrofísica de Andalucía), G. Anglada-Escudé (Institut de Ciències de l’Espai and Institut d'Estudis Espacials de Catalunya), M. Azzaro (Centro Astronómico Hispano-Alemán), T. Barclay (NASA Goddard Space Flight Center, and University of Maryland), V. J. S. Béjar (Instituto de Astrofísica de Canarias and Universidad de La Laguna), P. Bluhm (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg), N. Casasayas-Barris (Instituto de Astrofísica de Canarias and Universidad de La Laguna), C. Cifuentes (Centro de Astrobiología), K. A. Collins (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian), K. I. Collins (George Mason University), M. Cortés-Contreras (Centro de Astrobiología), J. de Leon (The University of Tokyo), S. Dreizler (Institut für Astrophysik, Georg-August-Universität), C. D. Dressing (University of California at Berkeley), E. Esparza-Borges (Instituto de Astrofísica de Canarias and Universidad de La Laguna), N. Espinoza (Space Telescope Science Institute), M. Fausnaugh (Massachusetts Institute of Technology), A. Fukui (The University of Tokyo), A. P. Hatzes (Thüringer Landessternwarte Tautenburg), C. Hellier (Keele University), Th. Henning (Max-Planck-Institut für Astronomie), C. E. Henze (NASA Ames Research Center), E. Herrero (Institut de Ciències de l’Espai and Institut d’Estudis Espacials de Catalunya), S. V. Jeffers (Institut für Astrophysik, Georg-August-Universität), J. M. Jenkins (NASA Ames Research Center), E. L. N. Jensen (Swarthmore College), A. Kaminski (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg), D. Kasper (The University of Chicago), D. Kossakowski (Max-Planck-Institut für Astronomie), M. Kürster (Max-Planck-Institut für Astronomie), M.Lafarga (Institut de Ciències de l'Espai and Institut d'Estudis Espacials de Catalunya), D. W. Latham (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian), A. W. Mann (University of North Carolina at Chapel Hill,), K. Molaverdikhani (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg), D. Montes (Departamento de Física de la Tierra y Astrofísica & IPARCOS-UCM), B. T. Montet (University of New South Wales), F. Murgas (Instituto de Astrofísica de Canarias and Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna), N. Narita (The University of Tokyo, Japan Science and Technology Agency, Astrobiology Center, and Instituto de Astrofísica de Canarias), M. Oshagh (Instituto de Astrofísica de Canarias and Universidad de La Laguna), V. M. Passegger (Universität Hamburg and University of Oklahoma,), D. Pollacco (University of Warwick), S. N. Quinn (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian), A. Quirrenbach (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg), G. R. Ricker (Massachusetts Institute of Technology), C. Rodríguez López (Instituto de Astrofísica de Andalucía), J. Sanz-Forcada (Centro de Astrobiología), R. P. Schwarz (Patashnick Voorheesville Observatory), A. Schweitzer (Universität Hamburg), S. Seager (Massachusetts Institute of Technology), A. Shporer (Massachusetts Institute of Technology), M. Stangret (Instituto de Astrofísica de Canarias and Universidad de La Laguna), J. Stürmer (Universität Heidelberg), T. G. Tan (Massachusetts Institute of Technology), P. Tenenbaum (Massachusetts Institute of Technology), J. D. Twicken (SETI Institute and NASA Ames Research), R. Vanderspek (Massachusetts Institute of Technology), and J. N. Winn (Princeton University).

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF), el centro de EE. UU. para la astronomía óptica-infrarroja en tierra, opera el Observatorio internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (en cooperación con el National Accelerator Laboratory (SLAC) del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) . Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.