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Cómo pesar una estrella utilizando una luna

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¿Cómo pesan los astrónomos una estrella que se encuentra a billones de kilómetros de distancia y es demasiado grande para usar una báscula? En la mayoría de los casos no pueden, a pesar de que son capaces obtener una buena estimación utilizando modelos de ordenador de estructura estelar.

Concepto artístico de un planeta y su luna transitando una estrella similar al Sol
Un nuevo trabajo, llevado a cabo por el astrofísico David Kipping, dice que en casos especiales se puede pesar una estrella directamente. Si la estrella tiene un planeta y ese planeta tiene una luna, y ambos se cruzan frente a su estrella, entonces podemos medir sus tamaños y órbitas para aprender acerca de la estrella.

"A menudo me preguntan cómo los astrónomos pesan las estrellas. Acabamos de agregar una nueva técnica a nuestra caja de herramientas para tal propósito", dijo Kipping, un becario predoctoral en el Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica.
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Titán calientes serían mundos similares a Venus

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Un científico planetario de la Universidad de Michigan sugiere que los astrónomos podrían en el futuro buscar versiones calientes de la luna Titán de Saturno alrededor de otras estrellas.

Fotografía de Titán obtenida por la nave espacial Cassini
La luna Titán, fotografiada en color natural por la sonda Cassini.
El profesor Sushil Atreya de la Universidad de Michigan planteó la posibilidad durante una charla sobre esta luna envuelta envuelta en smog en la conferencia ExoClimes en la Universidad de Exeter.

Titán, de cinco mil kilómetros de diámetro, es la luna más intrigante del Sistema Solar. Con una gruesa atmósfera de nitrógeno rica en hidrocarburos -compuestos orgánicos como metano, etano y acetileno- se cree que Titán contiene la misma sopa orgánica que existía en la Tierra hace cuatro mil millones años. La única diferencia es que la temperatura media de la superficie de Titán es de -180 grados centígrados, por lo que las reacciones químicas proceden con lentitud.
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Estrellas le roban las lunas a sus planetas

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Ilustración del exoplaneta BD+20 1790 b, catalogado como'Júpiter caliente'
El exoplaneta "Júpiter caliente" BD+20 1790 b.

¿Planeando una luna de miel a un "Júpiter caliente"? Debería pensarlo de nuevo. Ya es bastante malo que estos planetas gigantes orbiten tan cerca de sus soles, llegando a alcanzar temperaturas superiores a las de Mercurio. Y, si un astrónomo en Francia tiene razón, ni siquiera tendrás una media luna romántica para admirar, porque el planeta probablemente no tiene lunas.

Los astrónomos han identificado cientos de planetas gigantes que orbitan otras estrellas, pero aún tienen que encontrar una luna orbitando estos planetas. Estas lunas deberían existir. Después de todo, tres de los planetas gigantes del Sol -Júpiter, Saturno y Neptuno- tienen grandes satélites comparables en tamaño a la Luna.
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Pronto encontrarían exolunas habitables

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Los Ewoks y los Na'vi pueden ser sólo ficción, pero "Endor" y "Pandora", las lunas que habitan, pueden estar bastante cerca de la realidad.

Hipotética súper-Tierra vista desde una de sus
lunas. Tanto el planeta como su satélite
contienen agua en estado líquido.
En las últimas dos décadas la lista de planetas conocidos en la galaxia se ha multiplicado. Hasta el momento -al día 8 de mayo- se conocen 453 planetas fuera del Sistema Solar (exoplanetas), orbitando alrededor de otras estrellas y muchos de ellos más masivos que Saturno, gigantes de gas sin una superficie sobre la que caminar.

Pero estos planetas gigantes de nuestro Sistema Solar -Júpiter, Saturno, Neptuno y Urano- cuentan con múltiples lunas o satélites planetarios, y muchos de ellos con aspectos que podrían favorecer la vida, como atmósferas, campos magnéticos o volcanes activos. Los planetas gigantes vagan por las regiones más frías del Sistema Solar, y otros sistemas planetarios presentan planetas masivos con órbitas de mayor temperatura, donde podría existir vida y el agua podría persistir. Si estos planetas tuvieran satélites, como la comunidad científica espera, podrían registrar por primera vez vida fuera del Sistema Solar.

Hasta la fecha no se ha descubierto lunas extrasolares -o exolunas-, pero algunos investigadores piensan pronto se podría producir el primer hallazgo, incluso analizar si son habitables. "Va a suceder", dice la astrofísica Sara Seager del Instituto Tecnológico de Massachusetts (Massachusetts Institute of Technology, MIT). "Sólo es cuestión de tiempo".

Investigadores están trabajando para intentar localizar planetas gigantes lo suficientemente lejos de la atracción gravitacional de su estrella anfitriona como para poder tener satélites estables. El 20 de mayo un grupo informará, en la revista The Astrophysical Journal, la localización de un planeta de masa similar a la de Saturno dentro de la llamada "zona habitable" de su estrella, la zona templada alrededor de una estrella dentro de la cual orbitan los cuerpos que podrían albergar agua líquida. "Es muy probable que el planeta tenga lunas", dice el autor principal del estudio Haghighipour Nader, un astrónomo planetario del Instituto de Astronomía y el Instituto de Astrobiología de la NASA en la Universidad de Hawaii.

Pero debido a que el planeta recién descubierto, HIP 57050 b, es sólo el tamaño de Saturno -en lugar de ser, por ejemplo, del tamaño de Júpiter o más grande-, es probable que las lunas que posea sean muy pequeñas como para parecer planetas. "Todas las cosas que se necesita tener para que un mundo sea habitable no es probable" que se encuentren en los satélites de HIP 57050 b, dice Haghighipour.

Aunque algunas lunas de nuestro sistema planetario han sido señalados como posibles 'paraísos de vida extraterrestre', ninguna es tan claramente habitable como la Tierra. Esto se debe, en parte, a que orbitan en las afueras del Sistema Solar, haciendo que sus temperaturas superficiales sean más frías. También son demasiado pequeñas para mantener el blindaje suficiente -en forma de robustas atmósferas y campos magnéticos- para defenderse de las partículas cargadas del viento solar.

Pero en otros sistemas planetarios, estos satélites naturales del tamaño de la Tierra podrían albergar las condiciones necesarias, dice el investigador Darren Williams del Penn State Erie. Estas lunas podrían formarse por su cuenta y luego ser capturadas por la gravedad de planetas más masivos para convirtirse en satélites. Señala que ese sería el mecanismo mediante el cual Neptuno capturó a Tritón. "He escalado este tipo de evento a una masa terrestre, y lo que he podido demostrar es que se puede formar algo tan grande como la Tierra alrededor de un Júpiter perdiendo un objeto secundario que es tan pequeño como Marte", dice Williams.

Pero si los astrónomos logran descubrir una exoluna en los próximos años, aunque sea habitable como las de ciencia ficción, algunos aspectos de la luna "Pandora" -de la película "Avatar"- permanecerán sólo visibles en la ficción. Los astrónomos han buscado la presencia de planetas gigantes en la zona habitable de Alpha Centauri, el cercano sistema estelar que es el hogar de Pandora en la película, y no los han encontrado... Eso no quiere decir que Alfa Centauri no tenga un mundo habitable de algún tipo, sólo que tendría que ser un planeta como el nuestro, en lugar de un satélite.

Fuente

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¿Exolunas habitables?

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La mayor parte de los planetas extrasolares detectados hasta la fecha son gigantes gaseosos que orbitan cerca de su estrella. Es difícil que pueda existir vida en un planeta de este tipo, pero si el planeta está en la zona habitable de su estrella, podrían darse las condiciones adecuadas de habitabilidad en alguna de sus lunas. Un satélite con estas condiciones tendría la ventaja añadida de no necesitar un gran tamaño para garantizar una actividad volcánica que mantenga una atmósfera, ya que las fuerzas de marea podrían aumentar la temperatura de su interior como en el caso de Europa, el satélite de Júpiter. Además, una exoluna probablemente presentaría siempre una cara hacia su planeta, lo que no impediría la existencia de un ciclo noche-día. Por contra, un planeta gigante que orbite muy cerca de su estrella también mostrará una misma cara hacia su astro, lo que generaría brutales diferencias climáticas, quizás incompatibles con la vida. Los estudios de dinámica planetaria demuestran que una exoluna podría permanecer en una órbita estable alrededor de un gigante gaseoso en la zona habitable durante al menos cinco mil millones de años.

Pero si ya detectar un exoplaneta es una tarea formidable, una exoluna lo es aún mas. Difícil, pero no imposible. Para esta tarea, deberíamos usar el método del tránsito, ya que el de la velocidad radial escapa a la tecnología actual. De hecho, el telescopio espacial Kepler será capaz de descubrir mediante este método lunas extrasolares de planetas situados en la zona habitable con una masa de hasta 0,2 masas terrestres (en estrellas de tipo M).

En total, en el campo de visión de Kepler hay hasta 25.000 estrellas en las que, de existir, podrían detectarse planetas similares a Saturno con una luna de masa terrestre. El futuro telescopio James Webb aumentará la capacidad para descubrir exolunas. La detección de exolunas, como la de planetas, aumenta al disminuir la masa de la estrella del sistema, por lo que sería más sencillo en el caso de enanas rojas (tipo M). Una luna habitable debería tener atmósfera, lo que impone un límite inferior a la masa del satélite, entre 0,12 y 0,23 veces la masa terrestre, dependiendo de la distancia a su estrella y la composición atmosférica.

Una atmósfera habitable tendría que contener un porcentaje importante de determinados gases, especialmente oxígeno, ozono, metano y monóxido de nitrógeno. La presencia de agua y dióxido de carbono, aunque obviamente no implican la presencia de vida, podrían servir como fuente de los gases anteriormente mencionados.


Para estudiar el espectro de una exoluna serían necesarios varios tránsitos (del orden de 30), salvo en el caso de estrellas cercanas. El número de tránsitos dependerá de la luminosidad de la estrella, ya que cuanto menor sea ésta, mayor será la cantidad de tránsitos necesarios.

La imagen de la derecha muestra el espectro de la atmósfera de una exoluna. Como vemos, el contraste aumenta al disminuir la masa de la estrella.

En todo caso, es muy posible que el primer mundo habitable (no necesariamente habitado) que se descubra no sea un exoplaneta, sino una exoluna.
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Pandora, la luna de "Avatar", podría ser real

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"Todos los planetas gigantes de gas en nuestro sistema solar cuentan con lunas rocosas y heladas. Eso eleva la posibilidad de que los grandes exoplanetas descubiertos pueden tener también lunas, y que alguna de ellas con un tamaño parecido al de la Tierra sean capaces de contar con atmósfera".


En la nueva película de James Cameron, "Avatar", los humanos visitan una luna alienígena llamada Pandora. Si existen lunas como ésta, o como el satélite Endor de "Star Wars", la misión Kepler de la NASA las encontrará, según afirma la astrónoma Lisa Kaltenergger, del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian. "Si Pandora existiese, podríamos detectarla y estudiar su atmósfera en la próxima década", asegura la investigadora.

La búsqueda de planetas ya ha permitido identificar cientos de objetos del tamaño de Júpiter fuera del Sistema Solar. Estos gigantes gaseosos, aunque son fáciles de detectar, no pueden servir como hogar para la vida tal y como la conocemos. Sin embargo, los científicos han especulado que las lunas rocosas que orbitan en torno a un gigante de gas sí podrían ser habitable si la región es suficientemente templada como para que exista agua en estado líquido. "Todos los planetas gigantes de gas en nuestro sistema solar cuentan con lunas rocosas y heladas", explica esta astrónoma. "Eso eleva la posibilidad de que los grandes exoplanetas descubiertos pueden tener también lunas, y que alguna de ellas con un tamaño parecido al de la Tierra sean capaces de contar con atmósfera".

Kepler busca planetas que cruzan a través de sus estrellas al describir su órbita, y que dejan una tenue huella en el brillo estelar. Dicho tránsito se produce sólo en pocas horas y precisa de un alineamiento exacto de la estrella y el planeta a través de nuestra línea de visión. Kepler examinará miles de estrellas para encontrar mundos en tránsito. Una vez que se ha encontrado un 'Júpiter alienígena', los astrónomos pueden buscar lunas en su órbita y, a continuación, averiguar si tiene atmósfera.

Kaltenegger ha calculado qué condiciones son las mejores para examinar las atmósferas de las lunas alienígenas. Y ha llegado a la conclusión de que precisamente Alpha Centauri A, el sistema descrito en Avatar, sería un excelente objetivo. "Alpha Centauri A es una estrella brillante y cercana parecida a nuestro Sol ", declaró Kaltenegger. "Sería preciso un pequeño número de tránsitos para encontrar agua, dióxido de carbono, oxígeno y metano en lunas como la Tierra parecidas a Pandora", añade.
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Buscando 'exolunas'

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Han desarrollado un método para detectar lunas en torno a planetas de otros sistemas solares, pero, hasta hoy, nadie estaba seguro de si podría realmente utilizarse con la tecnología actual.


Desde el lanzamiento de la misión Kepler, de la NASA, a principios de este año, los astrónomos han esperado con gran expectación la primera detección de un planeta de tipo terrestre alrededor de otra estrella. Ahora, en lo que parece un nuevo caso de ciencia-ficción convertida en realidad, un equipo de científicos dirigido por David Kipping del University College de Londres piensa que pueden hallar incluso lunas habitables en torno a planetas de otros sistemas solares.

La misión principal del Kepler es escudriñar miles de estrellas buscando las sutiles pero delatadoras oscilaciones en su brillo provocadas por el paso periódico de alguno de sus planetas ante ellas. El observatorio orbital debe ser capaz de hacer mediciones precisas de estas oscilaciones.

Kipping ya ha desarrollado un método para detectar lunas en torno a planetas de otros sistemas solares (exolunas alrededor de exoplanetas) pero, hasta hoy, nadie estaba seguro de si podría realmente utilizarse con la tecnología actual.

Ahora, Kipping y su equipo han modelado las propiedades de los instrumentos del Kepler, simulando la intensidad de señal que se espera que genere una luna habitable. La gravedad de una exoluna tira del planeta sobre el que orbita, haciendo que el planeta se bambolee durante su órbita alrededor de su estrella anfitriona. Los cambios resultantes en la posición y la velocidad del planeta deberían ser detectables por el Kepler.

Los científicos consideraron una amplia gama de posibles sistemas planetarios y encontraron que un planeta "esponjoso" similar a Saturno (el planeta de los anillos es extremadamente bajo en masa para su tamaño) ofrece la mejor oportunidad posible para detectar una luna, en lugar de un planeta más denso, similar a Júpiter. El motivo es que planetas como Saturno son grandes y bloquean mucha luz a medida que pasan por delante de sus estrellas, pero son muy livianos, lo que significa que su bamboleo será mucho más amplio que el de un planeta pesado.

Si el planeta del tipo de Saturno está a la distancia correcta de su estrella, entonces la temperatura a su alrededor permitirá la existencia de agua líquida de manera estable sobre cualquier luna lo bastante grande en órbita a él. Así esa luna podría ser habitable.

El equipo encontró que exolunas habitables con masas de por lo menos 0,2 veces la masa de la Tierra son fácilmente detectables con el Kepler.

Potencialmente, el observatorio podría buscar lunas habitables con masas similares a la de la Tierra en los hipotéticos sistemas planetarios de unas 25.000 estrellas, distantes hasta 500 años-luz del Sol. En todo el firmamento, debe haber millones de estrellas que podrían ser estudiadas buscando exolunas habitables con la tecnología actual.

"Parece probable que existan muchos miles, posiblemente millones, de exolunas habitables en la galaxia, y ahora podemos empezar a buscarlas", señala Kipping.
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