Més enllà del Sistema Solar...
Què són els exoplanetes i com podem caçar-los des de casa?
Quan pensem en la cerca de nous mons al voltant d'altres estrelles, sovint ens venen al cap grans telescopis espacials com el Hubble o el James Webb. Des de la primera detecció d'un exoplaneta en un púlsar l'any 1992 (Poltergeist, orbitant el púlsar Lich a uns 2.300 anys llum) i la posterior confirmació el 1995 de 51 Pegasi b (el primer al voltant d'una estrella similar al Sol), la recerca de mons extrasolars ha passat de ser una hipòtesi teòrica a convertir-se en un dels camps més dinàmics de l'astrofísica moderna.
Tanmateix, sabíeu que des d'observatoris astronòmics privats i locals a les nostres comarques també s'està fent ciència d'alt nivell en la detecció i seguiment d'exoplanetes?
A la SALL tenim la sort de comptar amb un grup de socis i sòcies apassionats per la fotometria de gran precisió que dediquen hores de la seva nit a monitorar i registrar el trànsit d'aquests planetes llunyans.
 |
| https://science.nasa.gov/exoplanet-catalog/51-pegasi-b/ |
En aquest article explorem la naturalesa dels exoplanetes, per què el seu estudi està canviant la nostra comprensió de l'univers i de quina manera els membres de la Societat Astronòmica de Lleida (SALL) i qualsevol aficionat poden participar activament en la ciència de frontera.
Què són i d'on venen els exoplanetes?
Un exoplaneta o planeta extrasolar és, per definició, qualsevol cos planetari situat fora del nostre sistema solar que orbita al voltant d'una altra estrella (o bé flota lliurement per l'espai en el cas dels anomenats rogue planets). Es formen en els anomenats discos protoplanetaris, grans estructures de gas i pols residual que giren al voltant d'estrelles joves.
 |
| By Pablo Carlos Budassi - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=136002588 |
Mitjançant processos d'acreció — on les partícules de pols col·lideixen i s'agreguen de manera progressiva — es generen planetesimals i embrions planetaris fins a donar lloc a una gran diversitat de mons: des de Júpiter calents fins a superterres a la zona d’habitabilitat (com el conegut Kepler-22b, el primer planeta d’aquest tipus confirmat per la missió Kepler l’any 2011, a uns 600 anys llum).
 |
By NASA/Ames/JPL-Caltech - http://kepler.nasa.gov/news/nasakeplernews/index.cfm?FuseAction=ShowNews&NewsID=165, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=24187911Per què els estudiem i què ens aporten?L'estudi de la ciència exoplanetària respon a preguntes fonamentals de la cosmologia i l'astrobiologia:
|
Com es detecten els exoplanetes?
Com que els planetes no emeten llum pròpia i queden ocults per la gran brillantor de les seves estrelles, s'utilitzen principalment mètodes indirectes d'observació:
- El trànsit fotomètric mesura el petit descens de la brillantor d'una estrella quan el planeta passa directament per davant del seu disc des de la nostra línia de visió. Amb aquest mètode podem obtenir informació relativa al radi del planeta, el seu període orbital i la seva inclinació.
_(weic2206b).jpeg){kind=spacer} |
| By NASA, ESA, CSA, STScI, and the Webb ERO Production Team, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=125408524 |
- La velocitat radial detecta l’efecte Doppler, el canvi en la freqüència aparent d’ona en la llum de l’estrella provocat pel petit trontolleig gravitatori que exerceix l’exoplaneta sobre ella.
.jpg) |
| By ESO, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=5168982 |
- La imatge directa aquest mecanisme bloqueja la llum de l’estrella central (usant coronògrafs) per captar la llum infraroja emesa per planetes joves i massius. Obtenint una imatge real del planeta, la temperatura i l’espectre atmosfèric.
 |
| De NASA/JPL-Caltech/Palomar Observatory - http://www.nasa.gov/topics/universe/features/exoplanet20100414-a.html, Dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10016784 |
- Amb la microlent gravitatòria s’aprofita la desviació de la llum d’una estrella de fons provocada per la gravetat d’un planeta i la seva estrella en primer pla. Obtenint informació relativa a la massa i la distància orbital de planetes molt distants.
 |
| https://science.nasa.gov/resource/extrasolar-planet-detected-by-gravitational-microlensing/ |
Tot i que existeixen tots aquests tipus de tècniques diferents de detecció, la majoria dels exoplanetes coneguts s’han caracteritzat mitjançant el mètode del trànsit fotomètric. Quan un planeta passa directament per davant del disc de la seva estrella respecte a la nostra línia de visió, bloqueja una petita fracció de la seva llum. Amb l'equipament adequat (telescopis astronòmics equipats amb càmeres dedicades CCD/CMOS i filtres específics), mesurem la brillantor d'aquests estels minut a minut. En representar aquestes dades en un gràfic obtenim la corba de llum: una línia on s'aprecia clarament una caiguda temporal de la intensitat lluminosa i la seva posterior recuperació.
Quin problema té la missió i com podem ajudar des de Terra?
Perquè una missió espacial d'aquesta magnitud sigui eficient, el telescopi necessita saber exactament a quina hora i minut començarà el trànsit d'un exoplaneta.
A causa de les interaccions gravitatòries amb altres planetes (efecte TTV) o a petites imprecisions en el càlcul de les estrelles amfitriones, els temps de trànsit previstos s'anul·len o es desvien amb el pas dels anys (variacions ). Si ARIEL apuntés a un exoplaneta basant-se en efemèrides antigues, podria perdre un temps d'observació espacial extremadament valuós esperant que comenci el trànsit.
Aquí és on l'astronomia amateur fa la diferència! A través del projecte ExoClock (el grup de treball oficial d'efemèrides d'ARIEL), els observadors amateurs fem el seguiment des de la Terra de centenars d'exoplanetes coneguts per refinar i mantenir actualitzat el calendari d'observació espacial.
Com podem participar com a astrònoms amateurs?
- Si tenim telescopi i càmera (CCD/CMOS):
- Registrar-nos a ExoClock: Introduïm les coordenades del nostre observatori i les característiques del nostre equip.
- Planificar la nit: La mateixa web ens genera un calendari personalitzat (My Schedule) amb els trànsits visibles des del nostre observatori en les pròximes hores, indicant la magnitud de l'estrella i l'obertura de telescopi recomanada.
- Capturar i reduir dades: Fem la sèrie d'imatges de la nit (assegurant d'enregistrar 1 h abans i 1 h després del trànsit) i processem la corba de llum amb eines com HOPS (Holomon Photometric Software) o la mateixa suite de reducció fotomètrica.
- Pujar la corba de llum: Un cop validada les dades, la pugem a ExoClock. La nostra observació passa a formar part directa de la base de dades oficial que utilitzarà l'ESA per a la missió espacial.
- Si NO tenim telescopi propi (Anàlisi de dades en línia):
- Podem participar a través de plataformes de ciència ciutadana com ExoWorlds Spies o projectes de Zooniverse (els anomenats Planet Hunters, que són projectes de col·laboració ciutadana amb els observatoris TESS o NGTS que fan les observacions científiques).
- Allà podem analitzar conjunts de dades o revisar corbes de llum fotomètriques directament des del navegador de l'ordinador, ajudant a classificar les caigudes de brillantor i identificant possibles candidats.
Links associats a diversos projectes on podem participar:
Els resultats pràctics dels nostres socis:
A continuació mostrem alguns exemples recents d’observacions aconseguides pels nostres socis:
Transit de HAT-P-8b: (Àlex)
A la gràfica s'observa amb claredat l'inici (predicted start) i el final (predicted end) del trànsit. La caiguda del flux de llum se situa al voltant d’1 mmag., registrada amb una relació senyal-soroll excel·lent (SNR = 18.56).
Transit TrES-3b: (Àlex)
La corba de llum mostra una caiguda de brillantor molt més pronunciada (propera al 2.5 mmag), dibuixant una "U" ben definida que permet determinar el radi relatiu del planeta respecte a la seva estrella amfitriona.
Transit WASP-135b i WASP-163b (Gerard)
En Gerard aporta corbes de llum de gran rigor al projecte internacional ExoClock. En casos com WASP-135b (SNR = 14.07) o WASP-163b, l'ajust del model teòric (best-fit model) s'adapta amb alta precisió a les dades observacionals, calculant desviacions del centre del trànsit (0 - C) de pocs minuts.
Seguiment TrES-5b i HD209458b (Gerard)
Les observacions en objectes com TrES-5b (SNR = 18.03) o el famós HD209458b (el primer exoplaneta on es va detectar un trànsit) demostren el control rigorós dels residus fotomètrics (STD < 4mmag), consolidant la fiabilitat de les dades obtingudes des dels observatoris de la SALL.
Per què és tan important aquesta feina?
Aquestes observacions no són només un assolit tècnic personal; tenen un valor científic real dins la col·laboració pro-am (professional-amateur). Les dades enviades a bases de dades internacionals (com l'ETD – Exoplanet Transit Database) i projectes com ExoClock (dissenyat per optimitzar la planificació de la futura missió espacial ARIEL del ESA) ajuden a:
- Ajustar les efemèrides (0 - C): El càlcul de la diferència entre el temps observat i el calculat (Observed minus Calculated) permet saber si els planetes s'avancen o es retrassen en la seva òrbita, refinant les prediccions per a grans telescopis.
- Detecció de TTV (Transit Timing Variations): Petites alteracions en els temps de trànsit poden revelar la presència de nous planetes no detectats en el mateix sistema gravitatori.
Volem felicitar l'Àlex, en Gerard i tots els socis de la SALL que dediquen les seves nits a la fotometria d'exoplanetes. Amb el seu treball demostren que la passió per l'astronomia i la col·laboració científica no tenen fronteres!
