Científicos ciudadanos descubren un planeta gigante similar a Júpiter en datos TESS de la NASA

A Tom Jacobs de Bellevue, Washington, le encanta buscar tesoros. Desde 2010, el ex oficial de la Marina de los EE. UU. ha participado en proyectos de voluntariado en línea que permiten a cualquier persona interesada, «científicos ciudadanos», ver NASA Datos del telescopio para signos de exoplanetas y planetas fuera de nuestro sistema solar.

Ahora, Jacobs ha ayudado a descubrir un planeta gigante gaseoso a unos 379 años luz de la Tierra, que orbita alrededor de una estrella de la misma masa que el Sol. el JúpiterEl planeta del tamaño es especial para los astrónomos porque su año de 261 días es largo en comparación con muchos de los gigantes gaseosos conocidos fuera de nuestro sistema solar. El resultado también indica que el planeta está un poco más lejos de su estrella. Venus del sol. Los resultados han sido publicados en Diario astronómico Fue presentado en un evento de prensa virtual de la Sociedad Astronómica Estadounidense el 13 de enero.

La detección y determinación del tamaño y la masa de este planeta requirió una colaboración significativa entre astrónomos profesionales y científicos ciudadanos como Jacobs. dijo Paul Dalba, astrónomo de la Universidad de California, Riverside, y autor principal de un libro de estudio.

«El descubrimiento y la publicación de TOI-2180 b fue un gran esfuerzo de equipo para demostrar que los astrónomos profesionales y los científicos experimentados pueden trabajar juntos con éxito», dijo Jacobs. «Es la sinergia en su máxima expresión».

¿Cómo sucedió el descubrimiento?

La firma del planeta recién descubierto estaba oculta en los datos del Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito de la NASA, o macho cabrío. Usando los datos de TESS, los científicos están buscando cambios en el brillo de las estrellas cercanas, lo que podría indicar la presencia de planetas en órbita.

Jacobs es parte de un grupo de científicos ciudadanos que observan datos de TESS, que muestran el cambio en el brillo de una estrella a lo largo del tiempo, en busca de nuevos planetas. Mientras que los astrónomos profesionales usan algoritmos para escanear automáticamente decenas de miles de puntos de datos de las estrellas, estos científicos ciudadanos usan un programa llamado LcTools, creado por Alan R. Schmitt para examinar los datos del telescopio a simple vista. Esta es la razón por la que el Grupo Jacobs, que incluye a varios científicos ciudadanos y dos astrónomos veteranos, se hace llamar Grupo de Inspección Óptica. Muchos de ellos se conocieron mientras trabajaban en Planet Hunters, un proyecto de ciencia ciudadana financiado por la NASA a través de Zooniverse que se centró en los datos de la nave espacial Kepler de la NASA.

El 1 de febrero de 2020, Jacobs observó un gráfico que mostraba la atenuación de la luz de las estrellas de TOI-2180 en menos del medio por ciento y luego volvió a su nivel de brillo anterior durante un período de 24 horas, lo que puede explicarse por un planeta que lo orbita. Se dice que «cruza» porque pasa por delante de la estrella desde nuestro punto de vista. Al medir la cantidad de luz que se atenúa a medida que pasa el planeta, los científicos pueden estimar el tamaño del planeta y, además de otras medidas, su densidad. Pero los tránsitos solo se pueden ver si una estrella y su planeta se alinean con los telescopios que estás mirando.

Tom Jacobs, un científico ciudadano que colabora con científicos especialistas en la búsqueda de exoplanetas, en el sitio del Observatorio High Haleakala en Hawái. Crédito: Tom Jacobs

El gráfico que muestra la luz de las estrellas a lo largo del tiempo se llama «curva de luz». El grupo de escaneo visual advirtió a dos científicos profesionales colaboradores: Paul Dalpa de la Universidad de California, Riverside, y Diana Dragomir, profesora asociada de la Universidad de Nuevo México, que esta curva de luz podría ser interesante.

«Con este nuevo descubrimiento, también estamos ampliando los límites de los tipos de planetas que podemos extraer de las observaciones de TESS», dijo Dragomir. «TESS no ha sido diseñado específicamente para encontrar exoplanetas de órbita tan larga, pero nuestro equipo, con la ayuda de científicos ciudadanos, está extrayendo esta gema rara».

Los algoritmos informáticos utilizados por los astrónomos profesionales para buscar planetas están diseñados mediante la identificación de múltiples eventos de tránsito de una sola estrella. Es por eso que la inspección visual de los ciudadanos científicos es muy útil cuando solo hay un tránsito disponible. Dado que esta es la única vez que la estrella TOI-2180 b se ha atenuado en este conjunto de datos, se denomina «evento de transición único».

“El esfuerzo manual que realizan es realmente importante y realmente impresionante, porque es muy difícil escribir un código que pueda pasar por un millón de curvas de luz e identificar de manera confiable eventos de transmisión individuales”, dijo Dalba. «Esta es un área donde los humanos todavía están superando el código».

Pero, ¿cómo pudo el equipo descartar otras explicaciones para la breve caída en la luz de las estrellas? ¿Podrían estar seguros de haber encontrado un planeta? Necesitarán notas de seguimiento.

Afortunadamente, Dalba pudo emplear el Telescopio Buscador de Planetas Automatizado en el Observatorio del Lago en California. «Uso este telescopio para medir el bamboleo de una estrella para determinar qué tan masivo es este planeta, si es que es un planeta», dijo. El equipo de investigación también utilizó el telescopio Keck I en el Observatorio WM Keck en Hawái para realizar algunas de estas mediciones cuando el Observatorio Lick se vio amenazado por incendios forestales.

Con 27 horas de observaciones que abarcan más de 500 días, Dalpa y sus colegas observaron la fuerza gravitatoria del planeta sobre la estrella, lo que les permitió calcular la masa del planeta y estimar un rango de posibilidades para su órbita. Sin embargo, querían observar el tránsito del planeta cuando regresara para confirmar la órbita. Desafortunadamente, encontrar un segundo evento de tránsito ha sido difícil porque hay mucha incertidumbre sobre cuándo el planeta volverá a cruzar la cara de su estrella.

Dalba presionó y organizó una campaña de observación que incluyó a astrónomos profesionales y científicos ciudadanos que usaron telescopios en 14 ubicaciones en tres continentes en agosto de 2020. Para apoyar la campaña, Dalba estableció un campamento de cinco noches en el Parque Nacional Joshua Tree en California y buscó para tránsitos con dos telescopios Portátil amateur. El esfuerzo de colaboración produjo 55 conjuntos de datos durante 11 días.

Al final, ninguno de estos telescopios detectó el planeta con confianza. Sin embargo, la falta de una detección clara en este período de tiempo puso fin a la duración de la órbita, lo que indica un período de aproximadamente 261 días. Usando esta estimación, predijeron que TESS vería al planeta transitar su estrella nuevamente en febrero de 2022.

sobre el planeta

TOI-2180 b es tres veces más masivo que Júpiter pero tiene el mismo diámetro, lo que significa que es más denso que Júpiter. Esto hizo que los científicos se preguntaran si se formó de manera diferente a Júpiter.

Otra pista sobre la composición del planeta podría ser lo que hay dentro. Mediante modelos informáticos, determinaron que el nuevo planeta podría contener hasta 105 masas de elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio. “Eso es mucho”, dice Delba. «Eso es más de lo que creemos que hay dentro de Júpiter».

Los astrónomos todavía tienen mucho que aprender sobre el grupo de planetas que hay. Se han confirmado unos 4.800 exoplanetas, pero se cree que hay miles de millones de planetas en nuestra galaxia. El nuevo descubrimiento indica que entre los planetas gigantes, algunos contienen elementos más pesados ​​que otros.

En nuestro sistema solar, el planeta gigante Júpiter gira alrededor del sol cada 12 años; a Saturno, «año» tiene 29 años. No tenemos planetas gigantes como TOI-2180 b entre la Tierra y el Sol. Pero fuera del sistema solar, los astrónomos han encontrado docenas de exoplanetas que son más grandes que Júpiter y orbitan sus estrellas mucho más cerca que Mercurio.

Con una temperatura media de unos 170 grados F, TOI-2180 b es más cálido que la temperatura ambiente en la Tierra y más cálido que los planetas exteriores de nuestro sistema solar, incluidos Júpiter y Saturno. Pero en comparación con el grupo de exoplanetas gigantes en tránsito que los astrónomos han encontrado orbitando otras estrellas, TOI-2180 b es anormalmente frío.

«Es un gran punto de partida entre la mayoría de los exoplanetas gigantes que hemos encontrado, y luego Júpiter y Saturno realmente geniales», dijo Dalba.

Entonces que

Cuando TESS vio la estrella en febrero, Dalba y los científicos ciudadanos estaban emocionados de obtener los datos y volver. Si encuentran la firma del planeta, que confirma un período de 261 días, eso dará más significado a los datos de su mundo. campaña para encontrarlo en 2020.

El telescopio espacial James Webb de la NASA, que se lanzó el 25 de diciembre, probablemente observará el planeta y su atmósfera. Pero hay otra razón por la que Dalba está entusiasmado con las capacidades de Webb. Dado que Júpiter tiene anillos y lunas en nuestro sistema solar, Webb puede usarse para buscar la presencia de pequeños objetos que orbitan alrededor de TOI-2180 b.

Hasta el momento, no se han encontrado anillos o lunas fuera de nuestro sistema solar con certeza, pero una de las razones puede ser que muchos exoplanetas se encuentran cerca de su estrella, cuya gravedad puede eliminar dichos objetos. TOI-2180 b, ubicado más lejos de su estrella anfitriona, puede presentar una oportunidad emocionante para tal investigación. “Creo que este es un sistema interesante para eso más adelante en el futuro”, dijo Delba.

Cuando no está buscando planetas, Jacobs, un científico ciudadano, trabaja con organizaciones sin fines de lucro que ayudan a las personas con discapacidades a encontrar trabajo en sus comunidades.

Jacobs dijo que los miembros del Visual Inquiry Group «dedican muchas horas cada día a escanear datos por pura alegría e interés en el avance de la ciencia». Colectivamente, el equipo ha sido coautor de más de 68 artículos científicos revisados ​​por pares, incluido el descubrimiento de «exocomets» en tránsito, o cometas fuera del sistema solar que cruzan la cara de una estrella.

“Nos encanta contribuir a la ciencia”, dijo Jacobs. «Y me encanta este tipo de encuesta, sabiendo que uno está en un área nueva y sin descubrir que ningún ser humano ha visto».

Referencia: «La encuesta TESS-Keck. VIII. Confirmación de un planeta gigante transitorio durante 261 días excéntricos utilizando el telescopio buscador de planetas robóticos» por Paul A. Dalpa, Stephen R. Kean, Diana Dragomir, Stephen Villanueva Jr., Karen A. Collins y Thomas Lee Jacobs y Daryl M. LaCourse, Robert Gagliano, Marti H. Christiansen, Mark Omohondro, Hans M. Schwingler, Evan A. Terentif, Andrew Vanderberg, Benjamin Fulton, Howard Isaacson, Judah van Zandt, Andrew W. Howard, Daniel B. ThorngrenSteve B. , Natalie M. Batalha, Ashley Chontos, Ian JM Crossfield, Courtney de Dressing, Daniel Hopper, Eric A. Pettijora, Paul Robertson, Arpita Roy, Lauren M. Weiss, Ida Behmar, Corey Bird, Casey L. Brinkman, Stephen Giacaloni Hale , Jack Lubin, Andrew W. Mayo, Theo Moknik, Joseph M. Akana Murphy, Alex S. Polanski, Malina Rice, Lee J. Rosenthal, Ryan A. Robbinsal, Nicholas Scarsdale, Emma Fei Turtlebaum, Dakota Tyler, Paul Penny, Pat Boyce, Thomas M. Esposito, E. Girardin, Didier Lalum, Pablo Lewin, Christopher R. Mann, Franck Marchis, Richard P. Schwarz, Gregor Srdoc, Jana Steuer, Thirupathi Sivarani, Athira Unni, Nora L. Eisner, Tara Fetherolf , Zhexing Li, Xinyu Yao, Joshua Pepper, George R. Ricker, Roland Vanderspek, David WS Seager, Joshua N. Winn, Jon M. Jenkins, Christopher J. Burke, Jason D. Eastman, Michael B. Lund, David R. Rodríguez, Pamela Rowden, and Eric B. Diario astronómico.
DOI: 10.3847 / 1538-3881 / ac415b

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La NASA tiene una variedad de colaboraciones de ciencia ciudadana en temas que van desde las ciencias de la Tierra hasta el Sol y el universo en general. Cualquier persona en el mundo puede participar. Consulte las últimas oportunidades en ciencia.nasa.gov/citizenscience.

Acerca de Tess

TESS es una misión de astrofísica de la NASA dirigida y operada por con en Cambridge, Massachusetts, y operado por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. Los socios adicionales incluyen a Northrop Grumman de Falls Church, Virginia; el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley en California; Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian en Cambridge, Massachusetts; Laboratorio Lincoln del Instituto Tecnológico de Massachusetts. y el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore. Más de una docena de universidades, institutos de investigación y observatorios de todo el mundo participan en la misión.

El Programa de Becas Postdoctorales para Astronomía y Astrofísica de la Fundación Nacional de Ciencias contribuyó a este estudio.