La medición más precisa del tamaño de un mundo extranjero
23 de julio 2014
Gracias a Kepler, de la NASA y los telescopios espaciales Spitzer, los científicos han hecho la medición más preciso jamás del radio de un planeta fuera de nuestro sistema solar. El tamaño del exoplaneta, llamado Kepler-93b, se sabe ahora que una incertidumbre de sólo 74 millas (119 kilómetros) a ambos lados del cuerpo planetario.
Los hallazgos confirman Kepler-93b como un "súper-Tierra", es decir casi una vez y media el tamaño de nuestro planeta. Aunque súper-Tierras son comunes en la galaxia, no existe en nuestro sistema solar. Exoplanetas como Kepler-93b son, por tanto, nuestros únicos laboratorios para el estudio de esta importante clase de planeta.
Con buenos límites en los tamaños y masas de súper-Tierras, los científicos finalmente pueden empezar a teorizar sobre lo que compone estos mundos extraños. Las medidas previas, por el Observatorio Keck en Hawaii, habían puesto la masa de Kepler-93b en alrededor de 3,8 veces la de la Tierra. La densidad de Kepler-93b, que se deriven de su radio de masas y recién obtenido, indica que el planeta está de hecho muy probablemente de hierro y roca, como la Tierra.
"Con Kepler y Spitzer, hemos capturado la medición más precisa hasta la fecha del tamaño de un planeta alienígena, que es fundamental para la comprensión de estos mundos lejanos", dijo Sarah Ballard, Carl Sagan Fellow de la NASA en la Universidad de Washington en Seattle y autor principal de un artículo sobre los hallazgos publicados en la revista Astrophysical Journal.
"La medida es tan precisa que es, literalmente, como ser capaz de medir la altura de una persona alta de seis pies de un plazo de tres cuartos de pulgada - si esa persona estuviera de pie en Júpiter", dijo Ballard.
Kepler-93b orbita una estrella situada a unos 300 años luz de distancia, con aproximadamente el 90 por ciento de la masa del Sol y el radio. Distancia orbital del exoplaneta - sólo alrededor de un sexto de la de Mercurio del sol - implica una temperatura superficial abrasador alrededor de 1.400 grados Fahrenheit (760 grados Celsius). A pesar de sus similitudes recién descubiertos en la composición a la Tierra, Kepler-93b es demasiado caliente para la vida.
Para hacer la medición clave sobre el radio de este exoplaneta tostado, los Kepler y Spitzer telescopios cada observaban cruz Kepler-93b, o de tránsito, la cara de su estrella, eclipsando una pequeña porción de la luz estelar. Inquebrantable mirada de Kepler también rastreó simultáneamente el oscurecimiento de la estrella causado por las ondas sísmicas se desplazan dentro de su interior. Estas lecturas codifican la información precisa sobre el interior de la estrella. El equipo que aprovechar para medir estrecho radio de la estrella, que es crucial para medir el radio planetario.
Spitzer, por su parte, confirmó que el tránsito del exoplaneta tenía el mismo aspecto en luz infrarroja como en observaciones en luz visible de Kepler. Estos datos de corroboración de Spitzer - algunos de los cuales fueron reunidos en un nuevo modo de precisión observando - descartó la posibilidad de que la detección de Kepler del exoplaneta era falsa, o el llamado falso positivo.
Tomados en conjunto, los datos cuentan con una barra de error de sólo uno por ciento del radio de Kepler-93b. Las mediciones indican que el planeta, estimada en alrededor de 11.700 millas (18.800 kilometros) de diámetro, podría ser más grande o más pequeño cerca de 150 millas (240 kilometros), la distancia aproximada entre Washington, DC y Filadelfia.
Spitzer acumuló un total de siete tránsitos de Kepler-93b entre 2010 y 2011. Tres de los tránsitos fueron tomadas utilizando un "peak-up" técnica de observación. En 2011, los ingenieros de Spitzer reutilizados cámara pico de seguimiento de la nave, originalmente utilizado para apuntar con precisión el telescopio, para controlar donde las tierras de luz sobre píxeles individuales dentro de la cámara infrarroja de Spitzer.
El resultado de esto rejiggering: Ballard y sus colegas fueron capaces de reducir a la mitad del rango de incertidumbre de las mediciones de Spitzer de la radio de exoplanetas, la mejora de la concordancia entre las mediciones de Spitzer y Kepler.
"Ballard y su equipo han hecho un avance científico importante al tiempo que demuestra el poder de la nueva estrategia de Spitzer para exoplaneta observaciones", dijo Michael Werner, científico del proyecto para el Telescopio Espacial Spitzer en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California.
JPL dirige la misión del Telescopio Espacial Spitzer para el Directorio de Misiones Científicas de la NASA, Washington. Las operaciones científicas se llevan a cabo en el Centro de Ciencia Spitzer en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena. Operaciones de sistemas espaciales se basan en Lockheed Martin Space Systems Company, Littleton, Colorado. Los datos son archivados en el Archivo de la Ciencia de infrarrojos ubicado en el Centro de Procesamiento y Análisis Infrarrojo en Caltech. Caltech dirige el JPL para la NASA.
Centro de Investigación Ames de la NASA en Moffett Field, California, es responsable del desarrollo del sistema de tierra de Kepler, operaciones de la misión y el análisis de datos científicos. JPL gestiona el desarrollo de la misión Kepler. Ball Aerospace y Technologies Corp. en Boulder, Colorado, desarrolló el sistema de vuelo de Kepler y apoya operaciones de la misión con el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado en Boulder. El Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore, los archivos hosts y distribuye los datos científicos de Kepler. Kepler es la misión de Discovery décimo de la NASA y fue financiado por el Directorio de Ciencias de la agencia.
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The Most Precise Measurement of an Alien World's Size
Using
data from NASA's Kepler and Spitzer Space Telescopes, scientists have
made the most precise measurement ever of the size of a world outside
our solar system, as illustrated in this artist's conception.
Thanks to NASA's Kepler and Spitzer Space Telescopes, scientists have
made the most precise measurement ever of the radius of a planet
outside our solar system. The size of the exoplanet, dubbed Kepler-93b,
is now known to an uncertainty of just 74 miles (119 kilometers) on
either side of the planetary body.
The findings confirm Kepler-93b as a "super-Earth" that is about
one-and-a-half times the size of our planet. Although super-Earths are
common in the galaxy, none exist in our solar system. Exoplanets like
Kepler-93b are therefore our only laboratories to study this major class
of planet.
With good limits on the sizes and masses of super-Earths, scientists
can finally start to theorize about what makes up these weird worlds.
Previous measurements, by the Keck Observatory in Hawaii, had put
Kepler-93b's mass at about 3.8 times that of Earth. The density of
Kepler-93b, derived from its mass and newly obtained radius, indicates
the planet is in fact very likely made of iron and rock, like Earth.
"With Kepler and Spitzer, we've captured the most precise measurement
to date of an alien planet's size, which is critical for understanding
these far-off worlds," said Sarah Ballard, a NASA Carl Sagan Fellow at
the University of Washington in Seattle and lead author of a paper on
the findings published in the Astrophysical Journal.
"The measurement is so precise that it's literally like being able to
measure the height of a six-foot tall person to within three quarters
of an inch -- if that person were standing on Jupiter," said Ballard.
Kepler-93b orbits a star located about 300 light-years away, with
approximately 90 percent of the sun's mass and radius. The exoplanet's
orbital distance -- only about one-sixth that of Mercury's from the sun
-- implies a scorching surface temperature around 1,400 degrees
Fahrenheit (760 degrees Celsius). Despite its newfound similarities in
composition to Earth, Kepler-93b is far too hot for life.
To make the key measurement about this toasty exoplanet's radius, the
Kepler and Spitzer telescopes each watched Kepler-93b cross, or
transit, the face of its star, eclipsing a tiny portion of starlight.
Kepler's unflinching gaze also simultaneously tracked the dimming of the
star caused by seismic waves moving within its interior. These readings
encode precise information about the star's interior. The team
leveraged them to narrowly gauge the star's radius, which is crucial for
measuring the planetary radius.
Spitzer, meanwhile, confirmed that the exoplanet's transit looked the
same in infrared light as in Kepler's visible-light observations. These
corroborating data from Spitzer -- some of which were gathered in a
new, precision observing mode -- ruled out the possibility that Kepler's
detection of the exoplanet was bogus, or a so-called false positive.
Taken together, the data boast an error bar of just one percent of
the radius of Kepler-93b. The measurements mean that the planet,
estimated at about 11,700 miles (18,800 kilometers) in diameter, could
be bigger or smaller by about 150 miles (240 kilometers), the
approximate distance between Washington, D.C., and Philadelphia.
Spitzer racked up a total of seven transits of Kepler-93b between
2010 and 2011. Three of the transits were snapped using a "peak-up"
observational technique. In 2011, Spitzer engineers repurposed the
spacecraft's peak-up camera, originally used to point the telescope
precisely, to control where light lands on individual pixels within
Spitzer's infrared camera.
The upshot of this rejiggering: Ballard and her colleagues were able
to cut in half the range of uncertainty of the Spitzer measurements of
the exoplanet radius, improving the agreement between the Spitzer and
Kepler measurements.
"Ballard and her team have made a major scientific advance while
demonstrating the power of Spitzer's new approach to exoplanet
observations," said Michael Werner, project scientist for the Spitzer
Space Telescope at NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena,
California.
JPL manages the Spitzer Space Telescope mission for NASA's Science
Mission Directorate, Washington. Science operations are conducted at the
Spitzer Science Center at the California Institute of Technology in
Pasadena. Spacecraft operations are based at Lockheed Martin Space
Systems Company, Littleton, Colorado. Data are archived at the Infrared
Science Archive housed at the Infrared Processing and Analysis Center at
Caltech. Caltech manages JPL for NASA.
NASA's Ames Research Center in Moffett Field, California, is
responsible for Kepler's ground system development, mission operations
and science data analysis. JPL managed Kepler mission development. Ball
Aerospace & Technologies Corp. in Boulder, Colorado, developed the
Kepler flight system and supports mission operations with the Laboratory
for Atmospheric and Space Physics at the University of Colorado in
Boulder. The Space Telescope Science Institute in Baltimore archives,
hosts and distributes Kepler science data. Kepler is NASA's 10th
Discovery Mission and was funded by the agency's Science Mission
Directorate.
