Misión Espacial Kepler para el descubrimiento de Exoplanetas

La búsqueda centenaria de otros mundos como nuestra Tierra ha sido rejuvenecida por la intensa emoción y el interés popular que rodea el descubrimiento de cientos de planetas que orbitan otras estrellas. Ahora hay pruebas claras de un número sustancial de tres tipos de exoplanetas; gigantes gaseosos, super Tierras calientes en órbitas de corto período, y gigantes de hielo. El desafío ahora es encontrar planetas terrestres (de la mitad al doble del tamaño de la Tierra), especialmente aquellos en la zona habitable de sus estrellas donde podría existir agua líquida en la superficie del planeta.

La Misión Kepler está diseñada específicamente para inspeccionar una región de la Vía Láctea para descubrir cientos de planetas del tamaño de la Tierra y más pequeños en la zona habitable (o cerca) y determinar la fracción de los cientos de miles de millones de estrellas en nuestra galaxia que podrían tener tales planetas.

Kepler es un observatorio espacial que orbita alrededor del Sol y fue lanzado por la NASA desde Cabo Cañaveral el 6 de marzo de 2009.

El objetivo científico de la Misión Kepler es explorar la estructura y diversidad de los sistemas planetarios. Esto se logra mediante la encuesta de una gran muestra de estrellas para:

• Determinar el porcentaje de planetas terrestres y más grandes que se encuentran en la zona habitable (o cerca) de una amplia variedad de estrellas
• Determinar la distribución de tamaños y formas de las órbitas de estos planetas
• Estimar cuántos planetas hay en los sistemas de estrellas múltiples
• Determinar la variedad de tamaños de órbita y reflectividades de planetas, tamaños, masas y densidades de planetas gigantes de corto período
• Identificar miembros adicionales de cada sistema planetario descubierto utilizando otras técnicas
• Determinar las propiedades de las estrellas que albergan sistemas planetarios.

El método de fotometría de tránsito de la detección de planetas extrasolares

Cuando un planeta pasa frente a una estrella como se ve desde la Tierra, el evento se llama un “tránsito”. En la Tierra, podemos observar un tránsito ocasional de Venus o Mercurio. En estos eventos Venus y Mercurio son vistos como un pequeño punto negro que transita a través del Sol bloqueando una pequeña parte de la luz solar mientras el planeta se mueve entre el Sol y nosotros. Kepler encuentra planetas buscando pequeñas caídas en el brillo de una estrella cuando un planeta cruza frente a ella, decimos que el planeta transita por la estrella.

Una vez detectado, el tamaño orbital del planeta se puede calcular a partir del período (cuánto tiempo tarda el planeta en orbitar una vez alrededor de la estrella) y la masa de la estrella usando la Tercera Ley de Movimiento Planetario de Kepler. El tamaño del planeta se encuentra a partir de la profundidad del tránsito (cuánto cae el brillo de la estrella) y el tamaño de la estrella. A partir del tamaño orbital y la temperatura de la estrella, se puede calcular la temperatura característica del planeta. A partir de esto se puede responder a la cuestión de si el planeta es habitable.

Campo de visión objetivo

Dado que los tránsitos sólo duran una fracción de día, todas las estrellas deben ser monitoreadas continuamente, es decir, sus brillos deben medirse al menos una vez cada pocas horas. La capacidad de ver continuamente las estrellas que se monitorean dictamina que el campo de visión (FOV) nunca debe ser bloqueado en ningún momento durante el año. Por lo tanto, para evitar el Sol, el FOV debe estar fuera del plano eclíptico. El requisito secundario es que el FOV tenga el mayor número posible de estrellas. Esto conduce a la selección de una región en las constelaciones de Cygnus y Lyra de nuestra galaxia como se muestra en la siguiente figura.

Segunda misión de Kepler: K2

La pérdida de una segunda de las cuatro ruedas de reacción a bordo de la nave espacial Kepler en mayo de 2013 puso fin a la misión científica de 4 años de Kepler de monitorear continuamente más de 150 mil estrellas para buscar exoplanetas en tránsito. Desarrollada durante los meses siguientes a este fracaso, la misión K2 representa un nuevo concepto para las operaciones de las naves espaciales que permite continuar las observaciones científicas con el telescopio espacial Kepler. K2 entró en pleno funcionamiento en mayo de 2014.

Usando el método de tránsito para detectar cambios de brillo, la misión K2 implica una serie de observaciones secuenciales de campos distribuidos alrededor del plano eclíptico y ofrece una precisión fotométrica acercándose a la de la misión original de Kepler. Operar en el plano eclíptico minimiza el par ejercido en la nave espacial por la presión del viento solar, reduciendo la deriva de apuntamiento hasta el punto donde la actitud de la nave espacial se puede controlar eficazmente a través de una combinación de propulsores y las dos ruedas de reacción restantes. Por lo tanto, cada campaña está limitada por restricciones de ángulo solar a una duración de aproximadamente 80 días.

En octubre de 2018, tras 9 años de operación, el combustible del Sistema de control de reacción a bordo del telescopio se agotó, y la NASA anunció su retiro.​

Que dejo la Misión Kepler

Los mas de 2600 exoplanetas confirmados por Kepler varían en tamaño desde más grande que Júpiter a más pequeño que la Tierra. Antes de Kepler, la mayoría de los exoplanetas descubiertos eran gigantes gaseosos del tamaño de Jupiter y mayores y luego tipo Neptunos. En sólo un par de décadas, gracias en gran parte a Kepler, hemos pasado de sospechar que existían exoplanetas a saber que hay más exoplanetas que estrellas en nuestra galaxia.

La mayoría de los exoplanetas detectados tienen en tamaño entre entre la Tierra y Neptuno (4 veces la Tierra) y con periodos orbitales entre 1 y 100 días. Como puede verse en la siguiente imagen

La población de exoplanetas detectados por la misión Kepler (puntos amarillos) en comparación con los detectados por otros estudios utilizando varios métodos: velocidad radial (puntos azules claros), tránsito (puntos rosados), imágenes (puntos verdes), microlente (puntos azules oscuros) y sincronización de púlsares (puntos rojos). Como referencia, las líneas horizontales marcan los tamaños de Júpiter, Neptuno y Tierra, todos los cuales se muestran en el lado derecho del diagrama. Los óvalos de color denotan diferentes tipos de planetas: Júpiter calientes (rosa), gigantes de gas frío (púrpura), mundos oceánicos y gigantes de hielo (azul), planetas rocosos (amarillos) y mundos de lava (verde). El triángulo gris sombreado en la parte inferior derecha marca la frontera del exoplaneta que será explorada por futuros estudios de exoplanetas. Kepler ha descubierto una cantidad notable de exoplanetas y ha avanzado significativamente el borde de la frontera.

Los investigadores que utilizan datos del Observatorio W. M. Keck y la misión Kepler de la NASA han descubierto una brecha en la distribución de los tamaños de los planetas, lo que indica que la mayoría de los planetas descubiertos por Kepler hasta ahora se dividen en dos clases de tamaño distinto: el tamaño rocoso de la Tierra y el tamaño super terrestre (similar a Kepler-452b), y el tamaño mini-Neptune (similar a Kepler-22b). Este histograma muestra el número de planetas por cada 100 estrellas en función del tamaño del planeta en relación con la Tierra.

Aquí pueden verse los nuevos candidatos del octavo catálogo de candidatos de Kepler que tienen menos del doble del tamaño de la Tierra y orbitan en la zona habitable de las estrellas. El área verde oscura representa una estimación optimista para la zona habitable, mientras que el área verde más brillante representa una estimación más conservadora para la zona habitable. Los candidatos se trazan en función de la temperatura superficial de sus estrellas en el eje vertical y por la cantidad de energía que el candidato del planeta recibe de su estrella anfitriona en el eje horizontal. Los círculos amarillos más brillantes muestran nuevos candidatos a planetas en el octavo catálogo, mientras que los círculos amarillos pálidos muestran a los candidatos de planetas de catálogos anteriores. Los círculos azules representan candidatos que han sido confirmados como planetas debido a observaciones de seguimiento. Los tamaños de los discos de color indican los tamaños de estos exoplanetas en relación entre sí y a la imagen de la Tierra, Venus y Marte, colocada en este diagrama como referencia. Tenga en cuenta que los nuevos candidatos tienden a estar alrededor de estrellas más similares al sol – alrededor de 5,800 Kelvin – lo que representa el progreso en la búsqueda de planetas que son similares a la Tierra en tamaño y temperatura que orbitan estrellas similares al sol.

https://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/overview/index.html