El telescopio espacial Kepler es un telescopio espacial en desuso lanzado por la NASA en 2009 [5] para descubrir planetas del tamaño de la Tierra que orbitan otras estrellas . [6] [7] Bautizado con el nombre del astrónomo Johannes Kepler , [8] la nave espacial fue lanzada a una órbita heliocéntrica que sigue a la Tierra . El investigador principal fue William J. Borucki . Después de nueve años y medio de funcionamiento, el combustible del sistema de control de reacción del telescopio se agotó y la NASA anunció su retiro el 30 de octubre de 2018. [9] [10]
Diseñado para estudiar una parte de la región terrestre de la Vía Láctea para descubrir exoplanetas del tamaño de la Tierra en zonas habitables o cerca de ellas y para estimar cuántas de los miles de millones de estrellas de la Vía Láctea tienen tales planetas, [6] [11] [12] el único instrumento científico de Kepler es un fotómetro que monitorea continuamente el brillo de aproximadamente 150.000 estrellas de la secuencia principal en un campo de visión fijo. [13] Estos datos se transmitieron a la Tierra y luego se analizaron para detectar el oscurecimiento periódico causado por los exoplanetas que cruzan frente a su estrella anfitriona. Solo se pudieron detectar los planetas cuyas órbitas se ven de canto desde la Tierra. Kepler observó 530.506 estrellas y había detectado 2.778 planetas confirmados hasta el 16 de junio de 2023. [14] [15]
El telescopio espacial Kepler fue parte del Programa Discovery de la NASA , que consistía en misiones científicas de costo relativamente bajo. La construcción y el funcionamiento inicial del telescopio estuvieron a cargo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA , y Ball Aerospace fue responsable del desarrollo del sistema de vuelo del Kepler. [16]
En enero de 2006, el lanzamiento del proyecto se retrasó ocho meses debido a recortes presupuestarios y la consolidación en la NASA. [17] Se retrasó nuevamente cuatro meses en marzo de 2006 debido a problemas fiscales. [17] Durante este tiempo, la antena de alta ganancia se cambió de un diseño que utilizaba un cardán a uno fijado al marco de la nave espacial para reducir el costo y la complejidad, a un costo de un día de observación por mes. [18]
El Centro de Investigación Ames fue responsable del desarrollo del sistema terrestre, las operaciones de la misión desde diciembre de 2009 y el análisis de datos científicos. La vida útil prevista inicialmente era de tres años y medio, [19] pero un ruido mayor de lo esperado en los datos , tanto de las estrellas como de la nave espacial, significó que se necesitaba tiempo adicional para cumplir con todos los objetivos de la misión. Inicialmente, en 2012, se esperaba que la misión se extendiera hasta 2016, [20] pero el 14 de julio de 2012, una de las cuatro ruedas de reacción utilizadas para apuntar la nave espacial dejó de girar, y completar la misión solo sería posible si las otras tres seguían siendo confiables. [21] Luego, el 11 de mayo de 2013, una segunda falló, deshabilitando la recopilación de datos científicos [22] y amenazando la continuación de la misión. [23]
El 15 de agosto de 2013, la NASA anunció que habían renunciado a intentar reparar las dos ruedas de reacción defectuosas. Esto significaba que la misión actual necesitaba ser modificada, pero no necesariamente significaba el fin de la búsqueda de planetas. La NASA había pedido a la comunidad científica espacial que propusiera planes de misión alternativos "que potencialmente incluyeran una búsqueda de exoplanetas, utilizando las dos ruedas de reacción y propulsores restantes en buen estado". [24] [25] [26] [27] El 18 de noviembre de 2013, se informó sobre la propuesta K2 "Second Light". Esto incluiría la utilización del Kepler deshabilitado de una manera que pudiera detectar planetas habitables alrededor de enanas rojas más pequeñas y tenues . [28] [29] [30] [31] El 16 de mayo de 2014, la NASA anunció la aprobación de la extensión K2. [32]
En enero de 2015, Kepler y sus observaciones de seguimiento habían encontrado 1.013 exoplanetas confirmados en unos 440 sistemas estelares , junto con otros 3.199 candidatos a planetas no confirmados. [B] [33] [34] Se han confirmado cuatro planetas a través de la misión K2 de Kepler. [35] En noviembre de 2013, los astrónomos estimaron, basándose en los datos de la misión espacial Kepler, que podría haber hasta 40 mil millones de exoplanetas rocosos del tamaño de la Tierra orbitando en las zonas habitables de estrellas similares al Sol y enanas rojas dentro de la Vía Láctea . [36] [37] [38] Se estima que 11 mil millones de estos planetas pueden estar orbitando estrellas similares al Sol. [39] El planeta más cercano puede estar a 3,7 parsecs (12 años luz ) de distancia, según los científicos. [36] [37]
El 6 de enero de 2015, la NASA anunció el descubrimiento del exoplaneta número 1000 por el telescopio espacial Kepler. Cuatro de los exoplanetas recientemente confirmados orbitaban dentro de zonas habitables de sus estrellas relacionadas : tres de los cuatro, Kepler-438b , Kepler-442b y Kepler-452b , son casi del tamaño de la Tierra y probablemente rocosos; el cuarto, Kepler-440b , es una supertierra . [40] El 10 de mayo de 2016, la NASA verificó 1284 nuevos exoplanetas descubiertos por Kepler, el mayor hallazgo de planetas hasta la fecha. [41] [42] [43]
Los datos de Kepler también han ayudado a los científicos a observar y comprender las supernovas ; se recogieron mediciones cada media hora, por lo que las curvas de luz fueron especialmente útiles para estudiar este tipo de eventos astronómicos. [44]
El 30 de octubre de 2018, después de que la nave espacial se quedara sin combustible, la NASA anunció que el telescopio sería retirado. [45] El telescopio se apagó el mismo día, poniendo fin a su servicio de nueve años. Kepler observó 530.506 estrellas y descubrió 2.662 exoplanetas a lo largo de su vida útil. [15] Una misión más nueva de la NASA, TESS , lanzada en 2018, continúa la búsqueda de exoplanetas. [46]
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El telescopio tiene una masa de 1.039 kilogramos (2.291 lb) y contiene una cámara Schmidt con una placa correctora frontal (lente) de 0,95 metros (37,4 pulgadas) que alimenta un espejo primario de 1,4 metros (55 pulgadas) —en el momento de su lanzamiento, este era el espejo más grande en cualquier telescopio fuera de la órbita terrestre, [47] aunque el Observatorio Espacial Herschel tomó este título unos meses más tarde. Su telescopio tiene un campo de visión (FoV) de 115 grados 2 (aproximadamente 12 grados de diámetro) , aproximadamente equivalente al tamaño del puño de una persona sostenido con el brazo extendido. De esto, 105 grados 2 son de calidad científica, con menos del 11% de viñeteado . El fotómetro tiene un enfoque suave para proporcionar una fotometría excelente , en lugar de imágenes nítidas. El objetivo de la misión era una precisión fotométrica diferencial combinada (CDPP) de 20 ppm para una estrella similar al Sol de m (V)=12 para una integración de 6,5 horas, aunque las observaciones no alcanzaron este objetivo (ver estado de la misión).
El plano focal de la cámara de la nave espacial está formado por cuarenta y dos CCD de 50 × 25 mm (2 × 1 pulgada) a 2200 × 1024 píxeles cada uno, que poseen una resolución total de 94,6 megapíxeles , [48] [49] lo que en ese momento lo convirtió en el sistema de cámara más grande lanzado al espacio. [19] El conjunto se enfrió mediante tubos de calor conectados a un radiador externo. [1] Los CCD se leyeron cada 6,5 segundos (para limitar la saturación) y se agregaron a bordo durante 58,89 segundos para objetivos de cadencia corta y 1765,5 segundos (29,4 minutos) para objetivos de cadencia larga. [50] Debido a los mayores requisitos de ancho de banda para los primeros, estos se limitaron en número a 512 en comparación con 170 000 para cadencia larga. Sin embargo, aunque en el lanzamiento Kepler tenía la mayor tasa de datos de cualquier misión de la NASA, [ cita requerida ] las sumas de 29 minutos de los 95 millones de píxeles constituían más datos de los que se podían almacenar y enviar de vuelta a la Tierra. Por lo tanto, el equipo científico preseleccionó los píxeles relevantes asociados con cada estrella de interés, lo que representa aproximadamente el 6 por ciento de los píxeles (5,4 megapíxeles). Los datos de estos píxeles se volvieron a cuantificar, se comprimieron y se almacenaron, junto con otros datos auxiliares, en la grabadora de estado sólido de 16 gigabytes incorporada. Los datos que se almacenaron y se transmitieron incluyen estrellas científicas, estrellas en modo p , manchas, nivel de negro, fondo e imágenes de campo de visión completo. [1] [51]
El espejo primario de Kepler tiene 1,4 metros (4,6 pies) de diámetro. Fabricado por el fabricante de vidrio Corning con vidrio de expansión ultrabaja (ULE) , el espejo está diseñado específicamente para tener una masa de solo el 14 % de la de un espejo sólido del mismo tamaño. [52] [53] Para producir un sistema de telescopio espacial con suficiente sensibilidad para detectar planetas relativamente pequeños, a medida que pasan frente a las estrellas, se requirió un revestimiento de reflectancia muy alta en el espejo primario. Utilizando evaporación asistida por iones , Surface Optics Corp. aplicó un revestimiento protector de plata de nueve capas para mejorar la reflexión y un revestimiento de interferencia dieléctrica para minimizar la formación de centros de color y la absorción de humedad atmosférica. [54] [55]
En términos de rendimiento fotométrico, Kepler funcionó bien, mucho mejor que cualquier telescopio terrestre, pero lejos de los objetivos de diseño. El objetivo era una precisión fotométrica diferencial combinada (CDPP) de 20 partes por millón (PPM) en una estrella de magnitud 12 para una integración de 6,5 horas. Esta estimación se desarrolló permitiendo 10 ppm de variabilidad estelar, aproximadamente el valor para el Sol. La precisión obtenida para esta observación tiene un amplio rango, dependiendo de la estrella y la posición en el plano focal, con una mediana de 29 ppm. La mayor parte del ruido adicional parece deberse a una variabilidad mayor de lo esperado en las propias estrellas (19,5 ppm en comparación con las 10,0 ppm asumidas), y el resto se debe a fuentes de ruido instrumental ligeramente mayores de lo previsto. [56] [48]
Debido a que la disminución del brillo de un planeta del tamaño de la Tierra que transita una estrella similar al Sol es tan pequeña, solo 80 ppm, el aumento del ruido significa que cada tránsito individual es solo un evento de 2,7 σ, en lugar de los 4 σ previstos. Esto, a su vez, significa que se deben observar más tránsitos para estar seguros de una detección. Las estimaciones científicas indicaron que se necesitaría una misión que durara entre 7 y 8 años, en lugar de los 3,5 años planificados originalmente, para encontrar todos los planetas del tamaño de la Tierra en tránsito. [57] El 4 de abril de 2012, se aprobó la extensión de la misión Kepler hasta el año fiscal 2016, [20] [58] pero esto también dependía de que todas las ruedas de reacción restantes se mantuvieran en buen estado, lo que resultó no ser el caso (ver Problemas con las ruedas de reacción a continuación).
Kepler orbita alrededor del Sol , [59] [60] lo que evita las ocultaciones de la Tierra , la luz parásita y las perturbaciones y pares gravitacionales inherentes a una órbita terrestre.
La NASA ha caracterizado la órbita de Kepler como "a la zaga de la Tierra". [61] Con un período orbital de 372,5 días, Kepler se está quedando lentamente más atrás de la Tierra (unos 26 millones de kilómetros por año). Al 1 de mayo de 2018 [actualizar], la distancia de Kepler a la Tierra era de aproximadamente 0,917 UA (137 millones de kilómetros). [3] Esto significa que después de unos 26 años, Kepler llegará al otro lado del Sol y volverá a las inmediaciones de la Tierra después de 51 años.
Hasta 2013, el fotómetro apuntaba a un campo en las constelaciones del norte de Cygnus , Lyra y Draco , que está bastante fuera del plano eclíptico , de modo que la luz del sol nunca entra en el fotómetro mientras la nave espacial orbita. [1] Esta es también la dirección del movimiento del Sistema Solar alrededor del centro de la galaxia. Por lo tanto, las estrellas que Kepler observó están aproximadamente a la misma distancia del centro galáctico que el Sistema Solar , y también cerca del plano galáctico . Este hecho es importante si la posición en la galaxia está relacionada con la habitabilidad, como lo sugiere la hipótesis de las Tierras Raras .
La orientación se estabiliza en tres ejes detectando rotaciones mediante sensores de guía fina ubicados en el plano focal del instrumento (en lugar de giroscopios de detección de velocidad, por ejemplo, como los utilizados en el Hubble ) [1] y utilizando ruedas de reacción y propulsores de hidracina [62] para controlar la orientación.
Kepler fue operado desde Boulder, Colorado , por el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) bajo contrato con Ball Aerospace & Technologies . El panel solar de la nave espacial fue rotado para mirar al Sol en los solsticios y equinoccios , con el fin de optimizar la cantidad de luz solar que cae sobre el panel solar y mantener el radiador de calor apuntando hacia el espacio profundo. [1] Juntos, LASP y Ball Aerospace controlaron la nave espacial desde un centro de operaciones de misión ubicado en el campus de investigación de la Universidad de Colorado . LASP realiza la planificación esencial de la misión y la recopilación y distribución inicial de los datos científicos. El costo inicial del ciclo de vida de la misión se estimó en US$600 millones, incluida la financiación para 3,5 años de operación. [1] En 2012, la NASA anunció que la misión Kepler sería financiada hasta 2016 a un costo de aproximadamente US$20 millones por año. [20]
La NASA se comunicó con la nave espacial mediante el enlace de comunicación de banda X dos veces por semana para recibir órdenes y actualizaciones de estado. Los datos científicos se descargan una vez al mes mediante el enlace de banda K a una velocidad máxima de transferencia de datos de aproximadamente 550 kB/s . La antena de alta ganancia no es orientable, por lo que la recopilación de datos se interrumpe durante un día para reorientar toda la nave espacial y la antena de alta ganancia para las comunicaciones con la Tierra. [1] : 16
El telescopio espacial Kepler realizó su propio análisis parcial a bordo y sólo transmitió datos científicos considerados necesarios para la misión con el fin de conservar el ancho de banda. [63]
Los datos científicos telemétricos recopilados durante las operaciones de la misión en LASP se envían para su procesamiento al Centro de Gestión de Datos Kepler (DMC), que se encuentra en el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en el campus de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland . El DMC decodifica y procesa los datos científicos telemétricos en productos de datos científicos en formato FITS no calibrados , que luego se pasan al Centro de Operaciones Científicas (SOC) en el Centro de Investigación Ames de la NASA, para su calibración y procesamiento final. El SOC en el Centro de Investigación Ames de la NASA (ARC) desarrolla y opera las herramientas necesarias para procesar datos científicos para su uso por parte de la Oficina Científica Kepler (SO). En consecuencia, el SOC desarrolla el software de procesamiento de datos de la tubería basado en algoritmos científicos desarrollados conjuntamente por el SO y el SOC. Durante las operaciones, el SOC: [64]
El SOC también evalúa el rendimiento fotométrico de forma continua y proporciona las métricas de rendimiento al SO y a la Oficina de Gestión de la Misión. Por último, el SOC desarrolla y mantiene las bases de datos científicas del proyecto, incluidos los catálogos y los datos procesados. Por último, el SOC devuelve los productos de datos calibrados y los resultados científicos al DMC para su archivo a largo plazo y su distribución a astrónomos de todo el mundo a través del Archivo Multimisión del STScI (MAST).
El 14 de julio de 2012, una de las cuatro ruedas de reacción utilizadas para apuntar con precisión la nave espacial falló. [65] Si bien Kepler requiere solo tres ruedas de reacción para apuntar con precisión el telescopio, otra falla dejaría a la nave espacial incapaz de apuntar a su campo original. [66]
Después de mostrar algunos problemas en enero de 2013, una segunda rueda de reacción falló el 11 de mayo de 2013, poniendo fin a la misión principal de Kepler. La nave espacial se puso en modo seguro, luego, de junio a agosto de 2013, se realizaron una serie de pruebas de ingeniería para intentar recuperar cualquiera de las ruedas averiadas. El 15 de agosto de 2013, se decidió que las ruedas eran irrecuperables, [24] [25] [26] y se ordenó un informe de ingeniería para evaluar las capacidades restantes de la nave espacial. [24]
Este esfuerzo condujo finalmente a la misión de seguimiento "K2", que observó diferentes campos cerca de la eclíptica.
En enero de 2006, el lanzamiento del proyecto se retrasó ocho meses debido a recortes presupuestarios y la consolidación en la NASA. [17] Se retrasó nuevamente cuatro meses en marzo de 2006 debido a problemas fiscales. [17] En ese momento, la antena de alta ganancia se cambió de un diseño cardánico a uno fijo al marco de la nave espacial para reducir el costo y la complejidad, a un costo de un día de observación por mes.
El observatorio Kepler fue lanzado el 7 de marzo de 2009 a las 03:49:57 UTC a bordo de un cohete Delta II desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral , Florida. [2] [5] El lanzamiento fue un éxito y las tres etapas se completaron a las 04:55 UTC. La cubierta del telescopio fue desmontada el 7 de abril de 2009 y las primeras imágenes de luz se tomaron al día siguiente. [67] [68]
El 20 de abril de 2009, se anunció que el equipo científico de Kepler había llegado a la conclusión de que un mayor refinamiento del enfoque aumentaría drásticamente el rendimiento científico. [69] El 23 de abril de 2009, se anunció que el enfoque se había optimizado con éxito moviendo el espejo primario 40 micrómetros (1,6 milésimas de pulgada) hacia el plano focal e inclinando el espejo primario 0,0072 grados. [70]
El 13 de mayo de 2009, a las 00:01 UTC, Kepler completó con éxito su fase de puesta en servicio y comenzó su búsqueda de planetas alrededor de otras estrellas. [71] [72]
El 19 de junio de 2009, la nave espacial envió con éxito sus primeros datos científicos a la Tierra. Se descubrió que Kepler había entrado en modo seguro el 15 de junio. Un segundo evento de modo seguro ocurrió el 2 de julio. En ambos casos, el evento fue provocado por un reinicio del procesador . La nave espacial reanudó su funcionamiento normal el 3 de julio y los datos científicos que se habían recopilado desde el 19 de junio se transmitieron ese día. [73] El 14 de octubre de 2009, se determinó que la causa de estos eventos de seguridad era una fuente de alimentación de bajo voltaje que proporciona energía al procesador RAD750 . [74] El 12 de enero de 2010, una parte del plano focal transmitió datos anómalos, lo que sugiere un problema con el módulo MOD-3 del plano focal, que cubre dos de los 42 CCD de Kepler . A partir de octubre de 2010 [actualizar], el módulo fue descrito como "fallido", pero la cobertura aún excedió los objetivos científicos. [75]
Kepler transmitía aproximadamente doce gigabytes de datos [76] aproximadamente una vez al mes. [77]
Kepler tiene un campo de visión (FOV) fijo contra el cielo. El diagrama de la derecha muestra las coordenadas celestes y dónde se encuentran los campos de detección, junto con las ubicaciones de algunas estrellas brillantes con el norte celeste en la esquina superior izquierda. El sitio web de la misión tiene una calculadora [78] que determinará si un objeto dado cae en el FOV y, de ser así, dónde aparecerá en el flujo de datos de salida del fotodetector. Los datos sobre candidatos a exoplanetas se envían al Programa de Seguimiento de Kepler , o KFOP, para realizar observaciones de seguimiento.
El campo de visión de Kepler cubre 115 grados cuadrados , alrededor del 0,25 por ciento del cielo, o "aproximadamente dos paladas de la Osa Mayor". Por lo tanto, se necesitarían alrededor de 400 telescopios como el de Kepler para cubrir todo el cielo. [79] El campo de Kepler contiene partes de las constelaciones Cygnus , Lyra y Draco .
El sistema estelar más cercano en el campo de visión de Kepler es el sistema estelar trinario Gliese 1245 , a 15 años luz del Sol. La enana marrón WISE J2000+3629, a 22,8 ± 1 años luz del Sol, también está en el campo de visión, pero es invisible para Kepler debido a que emite luz principalmente en longitudes de onda infrarrojas.
El objetivo científico del telescopio espacial Kepler era explorar la estructura y diversidad de los sistemas planetarios . [80] Esta nave espacial observa una gran muestra de estrellas para lograr varios objetivos clave:
La mayoría de los exoplanetas detectados anteriormente por otros proyectos eran planetas gigantes , en su mayoría del tamaño de Júpiter y mayores. Kepler fue diseñado para buscar planetas de 30 a 600 veces menos masivos, más cercanos al orden de la masa de la Tierra (Júpiter es 318 veces más masivo que la Tierra). El método utilizado, el método de tránsito , implica la observación del tránsito repetido de planetas frente a sus estrellas, lo que provoca una ligera reducción en la magnitud aparente de la estrella , del orden del 0,01% para un planeta del tamaño de la Tierra. El grado de esta reducción en el brillo se puede utilizar para deducir el diámetro del planeta, y el intervalo entre tránsitos se puede utilizar para deducir el período orbital del planeta, a partir del cual se pueden calcular estimaciones de su semieje mayor orbital (utilizando las leyes de Kepler ) y su temperatura (utilizando modelos de radiación estelar). [ cita requerida ]
La probabilidad de que una órbita planetaria aleatoria esté a lo largo de la línea de visión de una estrella es el diámetro de la estrella dividido por el diámetro de la órbita. [82] Para un planeta del tamaño de la Tierra a 1 UA que transita una estrella similar al Sol, la probabilidad es del 0,47%, o aproximadamente 1 en 210. [82] Para un planeta como Venus que orbita una estrella similar al Sol, la probabilidad es ligeramente mayor, del 0,65%; [82] Si la estrella anfitriona tiene múltiples planetas, la probabilidad de detecciones adicionales es mayor que la probabilidad de detección inicial asumiendo que los planetas en un sistema dado tienden a orbitar en planos similares, una suposición consistente con los modelos actuales de formación de sistemas planetarios. [82] Por ejemplo, si una misión tipo Kepler realizada por extraterrestres observara a la Tierra transitando el Sol, hay un 7% de posibilidades de que también vea a Venus transitando. [82]
El campo de visión de 115 grados 2 de Kepler le da una probabilidad mucho mayor de detectar planetas del tamaño de la Tierra que el Telescopio Espacial Hubble , que tiene un campo de visión de solo 10 minutos de arco cuadrados . Además, Kepler se dedica a detectar tránsitos planetarios, mientras que el Telescopio Espacial Hubble se utiliza para abordar una amplia gama de cuestiones científicas y rara vez observa continuamente un solo campo de estrellas. De las aproximadamente medio millón de estrellas en el campo de visión de Kepler, alrededor de 150.000 estrellas fueron seleccionadas para su observación. Más de 90.000 son estrellas de tipo G en la secuencia principal o cerca de ella . Por lo tanto, Kepler fue diseñado para ser sensible a longitudes de onda de 400 a 865 nm donde el brillo de esas estrellas alcanza su pico. La mayoría de las estrellas observadas por Kepler tienen una magnitud visual aparente entre 14 y 16, pero las estrellas observadas más brillantes tienen una magnitud visual aparente de 8 o menos. En un principio no se esperaba que se confirmara la presencia de la mayoría de los candidatos a planetas, ya que eran demasiado débiles para realizar observaciones posteriores. [83] Todas las estrellas seleccionadas se observan simultáneamente y la nave espacial mide las variaciones de su brillo cada treinta minutos. Esto proporciona una mejor posibilidad de ver un tránsito. La misión fue diseñada para maximizar la probabilidad de detectar planetas que orbitan otras estrellas. [1] [84]
Como Kepler debe observar al menos tres tránsitos para confirmar que el oscurecimiento de una estrella fue causado por un planeta en tránsito, y como los planetas más grandes dan una señal que es más fácil de verificar, los científicos esperaban que los primeros resultados informados fueran planetas más grandes del tamaño de Júpiter en órbitas estrechas. Los primeros de estos se informaron después de solo unos pocos meses de operación. Los planetas más pequeños y los planetas más alejados de su sol tardarían más tiempo, y se esperaba que el descubrimiento de planetas comparables a la Tierra llevara tres años o más. [59]
Los datos recopilados por Kepler también se utilizan para estudiar estrellas variables de varios tipos y realizar astrosismología , [85] particularmente en estrellas que muestran oscilaciones similares a las solares . [86]
Una vez que Kepler ha recopilado y enviado los datos, se construyen las curvas de luz en bruto. A continuación, se ajustan los valores de brillo para tener en cuenta las variaciones de brillo debidas a la rotación de la nave espacial. El siguiente paso es procesar (plegar) las curvas de luz en una forma más fácil de observar y dejar que el software seleccione las señales que parecen potencialmente similares a un tránsito. En este punto, cualquier señal que muestre características similares a un tránsito se denomina evento de cruce de umbral. Estas señales se inspeccionan individualmente en dos rondas de inspección, y la primera ronda dura solo unos segundos por objetivo. Esta inspección elimina las señales erróneamente seleccionadas, las señales causadas por ruido instrumental y las binarias eclipsantes obvias. [87]
Los eventos que cruzan el umbral y pasan estas pruebas se denominan objetos de interés de Kepler (KOI), reciben una designación de KOI y se archivan. Los KOI se inspeccionan más a fondo en un proceso llamado disposición. Aquellos que pasan la disposición se denominan candidatos a planetas de Kepler. El archivo de KOI no es estático, lo que significa que un candidato de Kepler podría terminar en la lista de falsos positivos tras una inspección más exhaustiva. A su vez, los KOI que se clasificaron erróneamente como falsos positivos podrían volver a la lista de candidatos. [88]
No todos los candidatos a planeta pasan por este proceso. Los planetas circumbinarios no muestran tránsitos estrictamente periódicos y deben inspeccionarse mediante otros métodos. Además, investigadores externos utilizan diferentes métodos de procesamiento de datos o incluso buscan candidatos a planetas a partir de datos de curvas de luz sin procesar. Como consecuencia, es posible que esos planetas no tengan la designación KOI.
Una vez que se han encontrado candidatos adecuados a partir de los datos de Kepler, es necesario descartar falsos positivos con pruebas de seguimiento.
Por lo general, los candidatos a planetas de Kepler se obtienen imágenes individuales con telescopios terrestres más avanzados para resolver cualquier objeto de fondo que pueda contaminar la firma de brillo de la señal de tránsito. [90] Otro método para descartar candidatos a planetas es la astrometría, para la que Kepler puede recopilar buenos datos, aunque hacerlo no fuera un objetivo de diseño. Si bien Kepler no puede detectar objetos de masa planetaria con este método, se puede utilizar para determinar si el tránsito fue causado por un objeto de masa estelar. [91]
Existen algunos métodos diferentes de detección de exoplanetas que ayudan a descartar falsos positivos al proporcionar más pruebas de que un candidato es un planeta real. Uno de los métodos, llamado espectroscopia Doppler , requiere observaciones de seguimiento con telescopios terrestres. Este método funciona bien si el planeta es masivo o está ubicado alrededor de una estrella relativamente brillante. Si bien los espectrógrafos actuales son insuficientes para confirmar candidatos planetarios con masas pequeñas alrededor de estrellas relativamente tenues, este método se puede utilizar para descubrir otros candidatos a planetas masivos que no estén en tránsito alrededor de estrellas específicas. [ cita requerida ]
En los sistemas multiplanetarios, la presencia de planetas se puede confirmar a menudo mediante la variación del tiempo de tránsito observando el tiempo entre tránsitos sucesivos, que puede variar si los planetas se ven perturbados gravitacionalmente entre sí. Esto ayuda a confirmar la existencia de planetas de masa relativamente baja incluso cuando la estrella está relativamente distante. Las variaciones del tiempo de tránsito indican que dos o más planetas pertenecen al mismo sistema planetario. Incluso hay casos en los que también se descubre un planeta que no está en tránsito de esta manera. [92]
Los planetas circumbinarios muestran variaciones de tiempo de tránsito mucho mayores entre tránsitos que los planetas perturbados gravitacionalmente por otros planetas. Sus tiempos de duración de tránsito también varían significativamente. Las variaciones de tiempo y duración de tránsito de los planetas circumbinarios son causadas por el movimiento orbital de las estrellas anfitrionas, en lugar de otros planetas. [93] Además, si el planeta es lo suficientemente masivo, puede causar ligeras variaciones de los períodos orbitales de las estrellas anfitrionas. A pesar de que es más difícil encontrar planetas circumbinarios debido a sus tránsitos no periódicos, es mucho más fácil confirmarlos, ya que los patrones de tiempo de los tránsitos no pueden ser imitados por un sistema binario eclipsante o un sistema estelar de fondo. [94]
Además de los tránsitos, los planetas que orbitan alrededor de sus estrellas sufren variaciones de luz reflejada; como la Luna , pasan por fases de lleno a nuevo y viceversa. Debido a que Kepler no puede distinguir el planeta de la estrella, solo ve la luz combinada, y el brillo de la estrella anfitriona parece cambiar en cada órbita de manera periódica. Aunque el efecto es pequeño (la precisión fotométrica requerida para ver un planeta gigante cercano es aproximadamente la misma que para detectar un planeta del tamaño de la Tierra en tránsito a través de una estrella de tipo solar), los planetas del tamaño de Júpiter con un período orbital de unos pocos días o menos son detectables por telescopios espaciales sensibles como Kepler. A largo plazo, este método puede ayudar a encontrar más planetas que el método de tránsito, porque la variación de la luz reflejada con la fase orbital es en gran medida independiente de la inclinación orbital del planeta y no requiere que el planeta pase frente al disco de la estrella. Además, la función de fase de un planeta gigante también es una función de sus propiedades térmicas y atmósfera, si la tiene. Por lo tanto, la curva de fase puede limitar otras propiedades planetarias, como la distribución del tamaño de las partículas atmosféricas. [95]
La precisión fotométrica de Kepler suele ser lo suficientemente alta como para observar los cambios de brillo de una estrella causados por el efecto Doppler o la deformación de la forma de una estrella por una compañera. A veces, estos efectos se pueden utilizar para descartar candidatos a Júpiter caliente como falsos positivos causados por una estrella o una enana marrón cuando estos efectos son demasiado notables. [96] Sin embargo, hay algunos casos en los que tales efectos son detectados incluso por compañeras de masa planetaria como TrES-2b . [97]
Si un planeta no puede detectarse mediante al menos uno de los otros métodos de detección, se puede confirmar determinando si la posibilidad de que un candidato de Kepler sea un planeta real es significativamente mayor que cualquier escenario de falso positivo combinado. Uno de los primeros métodos fue ver si otros telescopios también podían ver el tránsito. El primer planeta confirmado a través de este método fue Kepler-22b , que también se observó con el telescopio espacial Spitzer, además de analizar cualquier otra posibilidad de falso positivo. [98] Tal confirmación es costosa, ya que los planetas pequeños generalmente solo se pueden detectar con telescopios espaciales.
En 2014, se anunció un nuevo método de confirmación llamado "validación por multiplicidad". De los planetas previamente confirmados a través de varios métodos, se encontró que los planetas en la mayoría de los sistemas planetarios orbitan en un plano relativamente plano, similar a los planetas encontrados en el Sistema Solar. Esto significa que si una estrella tiene múltiples candidatos a planetas, es muy probable que sea un sistema planetario real. [99] Las señales de tránsito aún deben cumplir varios criterios que descartan escenarios de falsos positivos. Por ejemplo, debe tener una relación señal-ruido considerable, tener al menos tres tránsitos observados, la estabilidad orbital de esos sistemas debe ser estable y la curva de tránsito debe tener una forma que las binarias parcialmente eclipsantes no puedan imitar la señal de tránsito. Además, su período orbital debe ser de 1,6 días o más para descartar falsos positivos comunes causados por binarias eclipsantes. [100] El método de validación por multiplicidad es muy eficiente y permite confirmar cientos de candidatos a Kepler en un período de tiempo relativamente corto.
Se ha desarrollado un nuevo método de validación que utiliza una herramienta llamada PASTIS, que permite confirmar un planeta incluso cuando solo se ha detectado un único candidato a un evento de tránsito para la estrella anfitriona. Una desventaja de esta herramienta es que requiere una relación señal-ruido relativamente alta de los datos de Kepler , por lo que principalmente puede confirmar solo planetas más grandes o planetas alrededor de estrellas tranquilas y relativamente brillantes. Actualmente, el análisis de candidatos a Kepler mediante este método está en marcha. [101] PASTIS fue el primero en validar con éxito el planeta Kepler-420b. [102]
En abril de 2012, un panel independiente de científicos de alto nivel de la NASA recomendó que la misión Kepler continuara hasta 2016. Según la revisión de alto nivel, las observaciones de Kepler debían continuar al menos hasta 2015 para lograr todos los objetivos científicos establecidos. [103] El 14 de noviembre de 2012, la NASA anunció la finalización de la misión principal de Kepler y el comienzo de su misión extendida, que finalizó en 2018 cuando se quedó sin combustible. [104]
En julio de 2012, una de las cuatro ruedas de reacción de Kepler (rueda 2) falló. [24] El 11 de mayo de 2013, una segunda rueda (rueda 4) falló, poniendo en peligro la continuación de la misión, ya que son necesarias tres ruedas para su búsqueda de planetas. [22] [23] Kepler no había recopilado datos científicos desde mayo porque no podía apuntar con suficiente precisión. [105] El 18 y el 22 de julio se probaron las ruedas de reacción 4 y 2 respectivamente; la rueda 4 solo giraba en sentido antihorario, pero la rueda 2 giraba en ambas direcciones, aunque con niveles de fricción significativamente elevados. [106] Una prueba adicional de la rueda 4 el 25 de julio logró lograr una rotación bidireccional. [107] Sin embargo, ambas ruedas exhibieron demasiada fricción para ser útiles. [26] El 2 de agosto, la NASA lanzó una convocatoria de propuestas para utilizar las capacidades restantes de Kepler para otras misiones científicas. A partir del 8 de agosto, se realizó una evaluación completa de los sistemas. Se determinó que la rueda 2 no podía proporcionar la precisión suficiente para misiones científicas y la nave espacial regresó a un estado de "reposo" para conservar combustible. [24] La rueda 4 se descartó previamente porque exhibió niveles de fricción más altos que la rueda 2 en pruebas anteriores. [107] Enviar astronautas para reparar Kepler no es una opción porque orbita alrededor del Sol y está a millones de kilómetros de la Tierra. [26]
El 15 de agosto de 2013, la NASA anunció que Kepler no continuaría buscando planetas utilizando el método de tránsito después de que fallaran los intentos de resolver problemas con dos de las cuatro ruedas de reacción. [24] [25] [26] Se ordenó un informe de ingeniería para evaluar las capacidades de la nave espacial, sus dos buenas ruedas de reacción y sus propulsores. [24] Al mismo tiempo, se realizó un estudio científico para determinar si se puede obtener suficiente conocimiento del alcance limitado de Kepler para justificar su costo de 18 millones de dólares por año.
Entre las posibles ideas se encontraban la búsqueda de asteroides y cometas, la búsqueda de evidencias de supernovas y el hallazgo de enormes exoplanetas mediante microlente gravitacional . [26] Otra propuesta era modificar el software de Kepler para compensar las ruedas de reacción desactivadas. En lugar de que las estrellas estuvieran fijas y estables en el campo de visión de Kepler, se desplazarían. El software propuesto debía rastrear esta deriva y recuperar más o menos por completo los objetivos de la misión a pesar de no poder mantener las estrellas en una vista fija. [108]
Se continuaron analizando los datos recopilados previamente. [109]
En noviembre de 2013, se presentó para su consideración un nuevo plan de misión llamado K2 "Second Light". [29] [30] [31] [110] K2 implicaría el uso de la capacidad restante de Kepler, precisión fotométrica de aproximadamente 300 partes por millón, en comparación con aproximadamente 20 partes por millón anteriores, para recopilar datos para el estudio de " explosiones de supernovas , formación de estrellas y cuerpos del Sistema Solar como asteroides y cometas , ..." y para encontrar y estudiar más exoplanetas . [29] [30] [110] En este plan de misión propuesto, Kepler buscaría un área mucho más grande en el plano de la órbita de la Tierra alrededor del Sol . [29] [30] [110] Los objetos celestes, incluidos exoplanetas, estrellas y otros, detectados por la misión K2 se asociarían con el acrónimo EPIC , que significa Catálogo de entrada del plano eclíptico .
A principios de 2014, la nave espacial se sometió a pruebas exitosas para la misión K2. [112] De marzo a mayo de 2014, se recopilaron datos de un nuevo campo llamado Campo 0 como una prueba. [113] El 16 de mayo de 2014, la NASA anunció la aprobación de extender la misión Kepler a la misión K2. [32] La precisión fotométrica de Kepler para la misión K2 se estimó en 50 ppm en una estrella de magnitud 12 para una integración de 6,5 horas. [114] En febrero de 2014, la precisión fotométrica para la misión K2 utilizando operaciones de precisión de punto fino de dos ruedas se midió en 44 ppm en estrellas de magnitud 12 para una integración de 6,5 horas. El análisis de estas mediciones por parte de la NASA sugiere que la precisión fotométrica de K2 se acerca a la del archivo Kepler de datos de precisión de punto fino de tres ruedas. [115]
El 29 de mayo de 2014 se informaron y describieron en detalle los campos de campaña 0 a 13. [116]
El campo 1 de la misión K2 está orientado hacia la región Leo - Virgo del cielo, mientras que el campo 2 está orientado hacia la zona de la "cabeza" de Escorpio e incluye dos cúmulos globulares, Messier 4 y Messier 80 , [117] y parte de la asociación Escorpio-Centauro , que tiene sólo unos 11 millones de años [118] y está a 120-140 parsecs (380-470 años luz ) de distancia [119] con probablemente más de 1000 miembros. [120]
El 18 de diciembre de 2014, la NASA anunció que la misión K2 había detectado su primer exoplaneta confirmado, una supertierra llamada HIP 116454 b . Su firma se encontró en un conjunto de datos de ingeniería destinados a preparar la nave espacial para la misión K2 completa . Fueron necesarias observaciones de seguimiento de velocidad radial, ya que solo se detectó un único tránsito del planeta. [121]
Durante un contacto programado el 7 de abril de 2016, se descubrió que Kepler estaba operando en modo de emergencia, el modo operativo más bajo y con mayor consumo de combustible. Las operaciones de la misión declararon una emergencia de la nave espacial, lo que les brindó acceso prioritario a la Red de Espacio Profundo de la NASA . [122] [123] Para la tarde del 8 de abril, la nave espacial había sido actualizada al modo seguro, y el 10 de abril se colocó en estado de reposo puntual, [124] un modo estable que proporciona una comunicación normal y el menor consumo de combustible. [122] En ese momento, se desconocía la causa de la emergencia, pero no se creía que las ruedas de reacción de Kepler o una maniobra planeada para apoyar la Campaña 9 de K2 fueran las responsables. Los operadores descargaron y analizaron datos de ingeniería de la nave espacial, con la prioridad de regresar a las operaciones científicas normales. [122] [125] Kepler regresó al modo científico el 22 de abril. [126] La emergencia provocó que la primera mitad de la Campaña 9 se acortara en dos semanas. [127]
En junio de 2016, la NASA anunció una extensión de la misión K2 por tres años adicionales, más allá del agotamiento esperado del combustible a bordo en 2018. [128] En agosto de 2018, la NASA despertó a la nave espacial del modo de suspensión, aplicó una configuración modificada para lidiar con los problemas del propulsor que degradaban el rendimiento de apuntamiento y comenzó a recopilar datos científicos para la 19.ª campaña de observación, encontrando que el combustible a bordo aún no estaba completamente agotado. [129]
El 30 de octubre de 2018, la NASA anunció que la nave espacial se había quedado sin combustible y su misión había finalizado oficialmente. [130]
El telescopio espacial Kepler estuvo en funcionamiento activo desde 2009 hasta 2013, y los primeros resultados importantes se anunciaron el 4 de enero de 2010. Como se esperaba, los descubrimientos iniciales fueron todos planetas de período corto. A medida que avanzaba la misión, se encontraron candidatos adicionales de período más largo. A noviembre de 2018 [actualizar], Kepler ha descubierto 5011 candidatos a exoplanetas y 2662 exoplanetas confirmados. [131] [132] A agosto de 2022, quedan 2056 candidatos a exoplanetas por confirmar y 2711 son ahora exoplanetas confirmados. [133]
El 6 de agosto de 2009, la NASA celebró una conferencia de prensa para discutir los primeros resultados científicos de la misión Kepler. [134] En esta conferencia de prensa, se reveló que Kepler había confirmado la existencia del exoplaneta en tránsito previamente conocido HAT-P-7b , y que estaba funcionando lo suficientemente bien como para descubrir planetas del tamaño de la Tierra. [135] [136]
Debido a que la detección de planetas por parte de Kepler depende de ver cambios muy pequeños en el brillo, las estrellas que varían en brillo por sí mismas ( estrellas variables ) no son útiles en esta búsqueda. [77] A partir de los primeros meses de datos, los científicos de Kepler determinaron que alrededor de 7.500 estrellas de la lista de objetivos inicial son estrellas variables de este tipo. Estas fueron eliminadas de la lista de objetivos y reemplazadas por nuevas candidatas. El 4 de noviembre de 2009, el proyecto Kepler publicó las curvas de luz de las estrellas descartadas. [137] El primer candidato a planeta nuevo observado por Kepler fue marcado originalmente como un falso positivo debido a las incertidumbres en la masa de su estrella madre. Sin embargo, se confirmó diez años después y ahora se designa Kepler-1658b . [138] [139]
Las primeras seis semanas de datos revelaron cinco planetas previamente desconocidos, todos muy cerca de sus estrellas. [140] [141] Entre los resultados notables se encuentran uno de los planetas menos densos encontrados hasta ahora, [142] dos enanas blancas de baja masa [143] que inicialmente se informó que eran miembros de una nueva clase de objetos estelares, [144] y Kepler-16b , un planeta bien caracterizado que orbita una estrella binaria.
El 15 de junio de 2010, la misión Kepler publicó datos de todas las estrellas planetarias menos 400 de las ~156.000 que se pretendían alcanzar. 706 de este primer conjunto de datos tienen candidatos viables a exoplanetas, con tamaños que van desde tan pequeños como la Tierra hasta más grandes que Júpiter. Se dieron a conocer la identidad y las características de 306 de los 706 objetivos. Los objetivos publicados incluían cinco [ cita requerida ] sistemas multiplanetarios candidatos, incluidos seis candidatos adicionales a exoplanetas. [145] Solo había 33,5 días de datos disponibles para la mayoría de los candidatos. [145] La NASA también anunció que se estaban reteniendo los datos de otros 400 candidatos para permitir que los miembros del equipo Kepler realizaran observaciones de seguimiento. [146] Los datos de estos candidatos se publicaron el 2 de febrero de 2011. [147] (Véase los resultados de Kepler para 2011 a continuación).
Los resultados de Kepler, basados en los candidatos de la lista publicada en 2010, implicaron que la mayoría de los planetas candidatos tienen radios menores a la mitad del de Júpiter. Los resultados también implican que los planetas candidatos pequeños con períodos menores a treinta días son mucho más comunes que los planetas candidatos grandes con períodos menores a treinta días y que los descubrimientos terrestres están tomando muestras de la cola de gran tamaño de la distribución de tamaño. [145] Esto contradecía teorías anteriores que habían sugerido que los planetas pequeños y del tamaño de la Tierra serían relativamente poco frecuentes. [148] [149] Basándose en extrapolaciones de los datos de Kepler , una estimación de alrededor de 100 millones de planetas habitables en la Vía Láctea puede ser realista. [150] Algunos informes de los medios de comunicación sobre la charla TED han llevado al malentendido de que Kepler había encontrado realmente estos planetas. Esto fue aclarado en una carta al Director del Centro de Investigación Ames de la NASA , para el Consejo Científico de Kepler con fecha del 2 de agosto de 2010, que establece: "El análisis de los datos actuales de Kepler no respalda la afirmación de que Kepler haya encontrado planetas similares a la Tierra". [7] [151] [152]
En 2010, Kepler identificó dos sistemas que contienen objetos más pequeños y más calientes que sus estrellas madre: KOI 74 y KOI 81. [ 153] Estos objetos son probablemente enanas blancas de baja masa producidas por episodios previos de transferencia de masa en sus sistemas. [143]
El 2 de febrero de 2011, el equipo de Kepler anunció los resultados del análisis de los datos tomados entre el 2 de mayo y el 16 de septiembre de 2009. [147] Encontraron 1235 candidatos planetarios orbitando 997 estrellas anfitrionas. (Los números que siguen asumen que los candidatos son realmente planetas, aunque los documentos oficiales los llamaron solo candidatos. El análisis independiente indicó que al menos el 90% de ellos son planetas reales y no falsos positivos). [156] 68 planetas eran aproximadamente del tamaño de la Tierra, 288 del tamaño de una súper-Tierra , 662 del tamaño de Neptuno, 165 del tamaño de Júpiter y 19 hasta el doble del tamaño de Júpiter. En contraste con el trabajo anterior, aproximadamente el 74% de los planetas son más pequeños que Neptuno, muy probablemente como resultado de trabajo anterior que encontró planetas grandes con mayor facilidad que los más pequeños.
Ese lanzamiento del 2 de febrero de 2011 de 1235 candidatos a exoplanetas incluía 54 que podrían estar en la " zona habitable ", incluidos cinco de menos del doble del tamaño de la Tierra. [157] [158] Anteriormente solo se pensaba que dos planetas estaban en la "zona habitable", por lo que estos nuevos hallazgos representan una enorme expansión del número potencial de "planetas Goldilocks" (planetas de la temperatura adecuada para soportar agua líquida). [159] Todos los candidatos a la zona habitable encontrados hasta ahora orbitan estrellas significativamente más pequeñas y más frías que el Sol (los candidatos habitables alrededor de estrellas similares al Sol tardarán varios años adicionales en acumular los tres tránsitos necesarios para la detección). [160] De todos los nuevos candidatos a planetas, 68 tienen un tamaño del 125% del de la Tierra o menos, o más pequeños que todos los exoplanetas descubiertos anteriormente. [158] "Tamaño de la Tierra" y "tamaño de una súper-Tierra" se define como "menor o igual a 2 radios terrestres (Re)" [(o, Rp ≤ 2,0 Re) – Tabla 5]. [147] Seis de estos candidatos a planetas [a saber: KOI 326.01 (Rp=0,85), KOI 701.03 (Rp=1,73), KOI 268.01 (Rp=1,75), KOI 1026.01 (Rp=1,77), KOI 854.01 (Rp=1,91), KOI 70.03 (Rp=1,96) – Tabla 6] [147] están en la "zona habitable". [157] Un estudio más reciente encontró que uno de estos candidatos (KOI 326.01) es de hecho mucho más grande y más caliente de lo que se informó inicialmente. [161]
La frecuencia de observaciones de planetas fue más alta para exoplanetas de dos a tres veces el tamaño de la Tierra, y luego disminuyó en proporción inversa al área del planeta. La mejor estimación (a marzo de 2011), después de tener en cuenta los sesgos de observación, fue: el 5,4% de las estrellas albergan candidatos del tamaño de la Tierra, el 6,8% alberga candidatos del tamaño de supertierras, el 19,3% alberga candidatos del tamaño de Neptuno y el 2,55% alberga candidatos del tamaño de Júpiter o mayores. Los sistemas multiplanetarios son comunes; el 17% de las estrellas anfitrionas tienen sistemas multiplanetarios y el 33,9% de todos los planetas están en sistemas multiplanetarios. [162]
El 5 de diciembre de 2011, el equipo de Kepler anunció que había descubierto 2.326 candidatos planetarios, de los cuales 207 son similares en tamaño a la Tierra, 680 son del tamaño de una supertierra, 1.181 son del tamaño de Neptuno, 203 son del tamaño de Júpiter y 55 son más grandes que Júpiter. En comparación con las cifras de febrero de 2011, el número de planetas del tamaño de la Tierra y del tamaño de una supertierra aumentó en un 200% y un 140% respectivamente. Además, se encontraron 48 candidatos a planetas en las zonas habitables de las estrellas estudiadas, lo que marca una disminución con respecto a la cifra de febrero; esto se debió a los criterios más estrictos utilizados en los datos de diciembre. [163]
El 20 de diciembre de 2011, el equipo Kepler anunció el descubrimiento de los primeros exoplanetas del tamaño de la Tierra , Kepler-20e [154] y Kepler-20f [155], que orbitan una estrella similar al Sol , Kepler-20 . [164]
Basándose en los hallazgos de Kepler, el astrónomo Seth Shostak estimó en 2011 que "a menos de mil años luz de la Tierra", hay "al menos 30.000" planetas habitables. [165] También basándose en los hallazgos, el equipo de Kepler ha estimado que hay "al menos 50 mil millones de planetas en la Vía Láctea", de los cuales "al menos 500 millones" están en la zona habitable . [166] En marzo de 2011, los astrónomos del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA informaron que se espera que entre "el 1,4 y el 2,7 por ciento" de todas las estrellas similares al Sol tengan planetas del tamaño de la Tierra "dentro de las zonas habitables de sus estrellas". Esto significa que hay "dos mil millones" de estos "análogos de la Tierra" solo en la Vía Láctea. Los astrónomos del JPL también señalaron que hay "50 mil millones de otras galaxias", lo que potencialmente produciría más de un sextillón de planetas "análogos a la Tierra" si todas las galaxias tuvieran un número similar de planetas a la Vía Láctea. [167]
En enero de 2012, un equipo internacional de astrónomos informó que cada estrella de la Vía Láctea puede albergar " en promedio... al menos 1,6 planetas ", lo que sugiere que pueden existir más de 160 mil millones de planetas ligados a estrellas en la Vía Láctea. [168] [169] Kepler también registró superllamaradas estelares distantes , algunas de las cuales son 10.000 veces más potentes que el evento Carrington de 1859. [170] Las superllamaradas pueden ser provocadas por planetas del tamaño de Júpiter que orbitan cerca . [170] La técnica de variación del tiempo de tránsito (TTV), que se utilizó para descubrir Kepler-9d , ganó popularidad para confirmar los descubrimientos de exoplanetas. [171] También se confirmó un planeta en un sistema con cuatro estrellas, la primera vez que se había descubierto un sistema de este tipo. [172]
En 2012 [actualizar], había un total de 2.321 candidatos . [163] [173] [174] De estos, 207 son similares en tamaño a la Tierra, 680 son del tamaño de una súper-Tierra, 1.181 son del tamaño de Neptuno, 203 son del tamaño de Júpiter y 55 son más grandes que Júpiter. Además, se encontraron 48 candidatos a planetas en las zonas habitables de las estrellas estudiadas. El equipo de Kepler estimó que el 5,4% de todas las estrellas albergan candidatos a planetas del tamaño de la Tierra y que el 17% de todas las estrellas tienen múltiples planetas.
Según un estudio realizado por astrónomos de Caltech publicado en enero de 2013, la Vía Láctea contiene al menos tantos planetas como estrellas, lo que da como resultado entre 100.000 y 400.000 millones de exoplanetas . [175] [176] El estudio, basado en planetas que orbitan alrededor de la estrella Kepler-32 , sugiere que los sistemas planetarios pueden ser comunes alrededor de las estrellas en la Vía Láctea. El descubrimiento de 461 candidatos más se anunció el 7 de enero de 2013. [105] Cuanto más tiempo observe Kepler, más planetas con períodos largos podrá detectar. [105]
Desde que se publicó el último catálogo de Kepler en febrero de 2012, el número de candidatos descubiertos en los datos de Kepler ha aumentado un 20 por ciento y ahora asciende a 2.740 planetas potenciales que orbitan alrededor de 2.036 estrellas.
Un candidato, anunciado recientemente el 7 de enero de 2013, fue Kepler-69c (anteriormente, KOI-172.02 ), un exoplaneta del tamaño de la Tierra que orbita una estrella similar al Sol en la zona habitable y posiblemente habitable. [177]
En abril de 2013, se descubrió una enana blanca que desviaba la luz de su compañera, una enana roja, en el sistema estelar KOI-256 . [178]
En abril de 2013, la NASA anunció el descubrimiento de tres nuevos exoplanetas del tamaño de la Tierra ( Kepler-62e , Kepler-62f y Kepler-69c ) en las zonas habitables de sus respectivas estrellas anfitrionas, Kepler-62 y Kepler-69 . Los nuevos exoplanetas se consideran candidatos principales para poseer agua líquida y, por lo tanto, un entorno habitable. [179] [180] [181] Un análisis más reciente ha demostrado que Kepler-69c es probablemente más análogo a Venus y, por lo tanto, es poco probable que sea habitable. [182]
El 15 de mayo de 2013, la NASA anunció que el telescopio espacial había quedado inutilizado por un fallo en una rueda de reacción que lo mantiene apuntando en la dirección correcta. Una segunda rueda había fallado anteriormente, y el telescopio necesitaba tres ruedas (de un total de cuatro) para funcionar correctamente. Pruebas posteriores en julio y agosto determinaron que, si bien el Kepler era capaz de utilizar sus ruedas de reacción dañadas para evitar entrar en modo seguro y de transmitir datos científicos recopilados previamente, no era capaz de recopilar más datos científicos como se había configurado anteriormente. [183] Los científicos que trabajan en el proyecto Kepler dijeron que todavía había una acumulación de datos que analizar y que se harían más descubrimientos en los próximos años, a pesar del revés. [184]
Aunque no se habían recopilado nuevos datos científicos del campo Kepler desde el problema, en julio de 2013 se anunciaron sesenta y tres candidatos adicionales basados en las observaciones recopiladas previamente. [185]
En noviembre de 2013 se celebró la segunda conferencia científica de Kepler. Entre los descubrimientos se encuentran el hecho de que el tamaño medio de los candidatos a planetas es cada vez menor en comparación con principios de 2013, y los resultados preliminares del descubrimiento de unos pocos planetas circumbinarios y planetas en la zona habitable. [186]
El 13 de febrero se anunciaron más de 530 candidatos a planetas adicionales que residen alrededor de sistemas planetarios únicos. Varios de ellos eran casi del tamaño de la Tierra y se encontraban en la zona habitable. Esta cifra se incrementó aún más en unos 400 en junio de 2014. [187]
El 26 de febrero, los científicos anunciaron que los datos de Kepler habían confirmado la existencia de 715 nuevos exoplanetas. Se utilizó un nuevo método estadístico de confirmación llamado "verificación por multiplicidad", que se basa en cuántos planetas alrededor de múltiples estrellas se encontraron como planetas reales. Esto permitió confirmar mucho más rápido numerosos candidatos que forman parte de sistemas multiplanetarios. El 95% de los exoplanetas descubiertos eran más pequeños que Neptuno y cuatro, incluido Kepler-296f, tenían menos de 2 1/2 del tamaño de la Tierra y estaban en zonas habitables donde las temperaturas superficiales son adecuadas para el agua líquida . [99] [188] [189] [190]
En marzo, un estudio descubrió que los planetas pequeños con períodos orbitales de menos de un día suelen ir acompañados de al menos un planeta adicional con un período orbital de entre 1 y 50 días. Este estudio también señaló que los planetas con períodos ultracortos son casi siempre más pequeños que 2 radios terrestres, a menos que se trate de un Júpiter caliente desalineado. [191]
El 17 de abril, el equipo de Kepler anunció el descubrimiento de Kepler-186f , el primer planeta de tamaño cercano al de la Tierra ubicado en la zona habitable. Este planeta orbita alrededor de una enana roja. [192]
En mayo de 2014, se anunciaron y describieron en detalle los campos de observaciones K2 0 a 13. [116] Las observaciones K2 comenzaron en junio de 2014.
En julio de 2014, se comunicaron los primeros descubrimientos a partir de los datos de campo del K2 en forma de sistemas binarios eclipsantes . Los descubrimientos se derivaron de un conjunto de datos de ingeniería de Kepler que se recopiló antes de la campaña 0 [193] en preparación para la misión principal del K2 . [194]
El 23 de septiembre de 2014, la NASA informó que la misión K2 había completado la campaña 1, [195] el primer conjunto oficial de observaciones científicas, y que la campaña 2 [196] estaba en marcha. [197]
La campaña 3 [199] duró del 14 de noviembre de 2014 al 6 de febrero de 2015 e incluyó "16.375 objetivos de cadencia larga estándar y 55 objetivos de cadencia corta estándar". [116]
Para el 10 de mayo de 2016, la misión Kepler había verificado 1284 nuevos planetas. [41] Según su tamaño, alrededor de 550 podrían ser planetas rocosos. Nueve de ellos orbitan en la zona habitable de sus estrellas : Kepler-560b , Kepler-705b , Kepler-1229b , Kepler-1410b , Kepler-1455b , Kepler-1544 b , Kepler-1593b , Kepler-1606b y Kepler-1638b . [41]
El equipo de Kepler prometió originalmente publicar los datos en el plazo de un año a partir de las observaciones. [212] Sin embargo, este plan se modificó después del lanzamiento y se programó la publicación de los datos hasta tres años después de su recopilación. [213] Esto dio lugar a muchas críticas, [214] [215] [216] [217] [218] lo que llevó al equipo científico de Kepler a publicar el tercer trimestre de sus datos un año y nueve meses después de la recopilación. [219] Los datos hasta septiembre de 2010 (trimestres 4, 5 y 6) se hicieron públicos en enero de 2012. [220]
Periódicamente, el equipo Kepler publica una lista de candidatos ( Objetos de Interés de Kepler o KOI). Utilizando esta información, un equipo de astrónomos recopiló datos de velocidad radial utilizando el espectrógrafo échelle SOPHIE para confirmar la existencia del candidato KOI-428b en 2010, posteriormente llamado Kepler-40b . [221] En 2011, el mismo equipo confirmó el candidato KOI-423b, posteriormente llamado Kepler-39b . [222]
Desde diciembre de 2010, los datos de la misión Kepler se han utilizado para el proyecto Planet Hunters , que permite a los voluntarios buscar eventos de tránsito en las curvas de luz de las imágenes de Kepler para identificar planetas que los algoritmos informáticos podrían pasar por alto. [223] Para junio de 2011, los usuarios habían encontrado sesenta y nueve candidatos potenciales que anteriormente no habían sido reconocidos por el equipo de la misión Kepler. [224] El equipo tiene planes de acreditar públicamente a los aficionados que detecten dichos planetas.
En enero de 2012, el programa de la BBC Stargazing Live emitió un llamamiento público a voluntarios para analizar los datos de Planethunters.org en busca de posibles nuevos exoplanetas. Esto llevó a dos astrónomos aficionados, uno de ellos en Peterborough , Inglaterra, a descubrir un nuevo exoplaneta del tamaño de Neptuno , que se llamará Threapleton Holmes B. [225] A finales de enero, otros cien mil voluntarios también participaron en la búsqueda, analizando más de un millón de imágenes de Kepler a principios de 2012. [226] Uno de esos exoplanetas, PH1b (o Kepler-64b por su designación Kepler), fue descubierto en 2012. Un segundo exoplaneta, PH2b (Kepler-86b), fue descubierto en 2013.
En abril de 2017, ABC Stargazing Live , una variación de BBC Stargazing Live , lanzó el proyecto Zooniverse "Exoplanet Explorers". Mientras Planethunters.org trabajaba con datos archivados, Exoplanet Explorers utilizó datos descargados recientemente de la misión K2. El primer día del proyecto, se identificaron 184 candidatos a tránsito que pasaron pruebas simples. El segundo día, el equipo de investigación identificó un sistema estelar, más tarde llamado K2-138 , con una estrella similar al Sol y cuatro supertierras en una órbita estrecha. Al final, los voluntarios ayudaron a identificar 90 candidatos a exoplanetas. [227] [228] Los científicos ciudadanos que ayudaron a descubrir el nuevo sistema estelar se agregarán como coautores en el artículo de investigación cuando se publique. [229]
Los exoplanetas descubiertos usando los datos de Kepler , pero confirmados por investigadores externos, incluyen Kepler-39b, [222] Kepler-40b, [221] Kepler-41b , [230] Kepler-43b , [231] Kepler-44b , [232] Kepler-45b , [233] así como los planetas que orbitan Kepler -223 [234] y Kepler-42 . [235] El acrónimo "KOI" indica que la estrella es un objeto de interés de Kepler .
El Catálogo de Entrada Kepler es una base de datos de búsqueda pública de aproximadamente 13,2 millones de objetivos utilizados para el Programa de Clasificación Espectral Kepler y la misión Kepler. [236] [237] El catálogo por sí solo no se utiliza para encontrar objetivos de Kepler, porque la nave espacial solo puede observar una parte de las estrellas enumeradas (aproximadamente un tercio del catálogo). [236]
A Kepler se le ha asignado un código de observatorio ( C55 ) para informar sus observaciones astrométricas de cuerpos pequeños del Sistema Solar al Minor Planet Center . En 2013 se propuso la misión alternativa NEOKepler , una búsqueda de objetos cercanos a la Tierra , en particular asteroides potencialmente peligrosos (PHA). Su órbita única y su campo de visión más grande que los telescopios de investigación existentes le permiten buscar objetos dentro de la órbita de la Tierra. Se predijo que una investigación de 12 meses podría hacer una contribución significativa a la búsqueda de PHA, así como a la posible localización de objetivos para la Misión de Redirección de Asteroides de la NASA . [238] Sin embargo, el primer descubrimiento de Kepler en el Sistema Solar fue (506121) 2016 BP 81 , un objeto clásico frío del cinturón de Kuiper de 200 kilómetros ubicado más allá de la órbita de Neptuno . [239]
El 30 de octubre de 2018, la NASA anunció que el telescopio espacial Kepler, habiéndose quedado sin combustible, y después de nueve años de servicio y el descubrimiento de más de 2.600 exoplanetas , ha sido retirado oficialmente, y mantendrá su órbita actual, segura, lejos de la Tierra. [9] [10] La nave espacial fue desactivada con un comando de "buenas noches" enviado desde el centro de control de la misión en el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial el 15 de noviembre de 2018. [240] El retiro de Kepler coincide con el 388 aniversario de la muerte de Johannes Kepler en 1630. [241]
Otros proyectos de búsqueda de exoplanetas desde el espacio
Otros proyectos de búsqueda de exoplanetas desde tierra
13 de febrero de 2014: El proyecto Kepler ha actualizado las disposiciones de 534 KOI en la tabla de actividad de KOI del primer al decimosexto trimestre. Esto eleva el número total de candidatos y planetas confirmados de Kepler a 3.841. Para obtener más información, consulte el documento Propósito de la tabla de KOI y las tablas interactivas.
Los datos correspondientes a cada período de observación de tres meses se harán públicos en el plazo de un año a partir de la finalización del período de observación.
La NASA desmanteló el telescopio espacial Kepler anoche (15 de noviembre), enviando comandos de "buenas noches" al observatorio que orbita alrededor del Sol. [...] Los comandos finales fueron enviados desde el centro de operaciones de Kepler en el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado en Boulder...
Casualmente, las "buenas noches" de Kepler coinciden con la misma fecha que el 388 aniversario de la muerte de su homónimo, el astrónomo alemán Johannes Kepler...
Catálogos y bases de datos de exoplanetas
