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Desarrollan un nuevo método que permite saber la masa de un exoplaneta a partir del espectro de absorción durante un tránsito.

Un estudio o artículo científico es fácil de plantear, aunque no sea fácil de resolver. Pero sin un buen planteamiento no hay nada que hacer. Lo que nos tenemos siempre que preguntar es cuál es el problema y el estudio investigación científica ulterior tiene que dar una solución a ese problema.
Como ya sabemos hay dos métodos básicos para detectar exoplanetas. Por un lado está el de la velocidad radial y por otro el método del tránsito. En el primer caso nos basamos en el efecto Doppler y con él podemos hallar los parámetros orbitales del planeta y su masa. Saber la masa con este método es fácil para grandes planetas o pequeños que orbiten cerca, pero no es tan fácil para otros casos. Esto se debe a que, en realidad, lo que se tiene en cuenta es la razón entre la masa de la estrella y la masa del planeta. Para un caso como la Tierra no sería fácil averiguar su masa si la observáramos desde otro sistema planetario.
Con el método de tránsito podemos averiguar los parámetros orbítales y su tamaño, pero nunca la masa. Básicamente el exoplaneta pasa delante de la estrella y se produce un mini eclipse que podemos registrar si las orientaciones son las adecuadas. Dependiendo de la cantidad de luz que reste es relativamente fácil saber el tamaño.
Pues bien, el problema es que con el método del tránsito no podemos saber la masa y la masa es un aspecto importante del planeta que no permite conocer, por ejemplo, si el planeta es propicio para la vida.
La masa permite saber aspectos de la superficie del planeta o su actividad interna. Si el planeta es rocoso y tiene una masa demasiado baja entonces no se generarán las corrientes de convección que producen el campo magnético o la tectónica terrestre. Y sin estos aspectos la vida tal y como la conocemos es más difícil que se dé.
Conocemos muchos candidatos a exoplanetas gracias al método de tránsito, pero conocemos las masas de pocos ellos, generalmente gracias al método de velocidad radial.
Ahora unos investigadores del MIT han desarrollado un sistema para determinar la masa de un exoplaneta con el método de tránsito. La idea se basa en el estudio de las propiedades atmosféricas del plantea.
De momento se trata de un modelo aplicable a muy pocos casos, pues no se dispone aún de tecnología para medir propiedades atmosféricas de exoplanetas interesante con el método de tránsito. Pero en la próxima década se espera disponer de telescopios en tierra y en el espacio que sí lo permitirán.
Gracias Hubbe y Spitzer se han logrado analizar espectros de transmisión de unos pocos exoplanetas gigantes gaseosos. Estos se obtienen cuando la luz de la estrella atraviesa la atmósfera del planeta y determinadas frecuencias son absorbidas dependiendo de las características de la atmósfera. Sólo hay que restar el espectro obtenido antes y durante el tránsito para saberlo.
En general la composición de la atmósfera determina mucho ese espectro, pero también otras cualidades como su densidad, presión o temperatura.
Este equipo de investigadores ha estudiado qué efectos tiene la gravedad sobre la atmósfera de un planeta y cómo esta afecta al espectro. Han creado un modelo basado en la densidad atmosférica, perfil de presión y temperatura que se combinan en una ecuación que depende de la gravedad.
Sabiendo tres primeros de esos parámetros se puede calcular el cuarto y como la gravedad depende la masa se puede calcular la masa del exoplaneta a partir del espectro atmosférico de transmisión, pues los otros tres parámetros se miden independientemente a partir del espectro.
Los investigadores tuvieron que demostrar que era posible extraer esos parámetros de forma independiente a partir del espectro, cosa que fue posible a partir de primeros principios sobre transferencia radiativa, algunos aspectos de los mismos ya averiguados en el siglo XVIII.
Para poner a prueba el modelo se ensayó con los datos espectrales del planeta HD189733b, que se encuentra a 63 años luz de distancia de nosotros. Además se tenía su masa gracias al método de velocidad radial.
La masa obtenida con el nuevo modelo coincidió precisamente con la masa que se conocía, por lo que el nuevo método resulto un éxito.
Con futuros telescopios como el james Webb (que se planea lanzar en 2018), será posible obtener este tipo de espectros de otros exoplanetas más interesantes de tipo terrestre e inferir la masa de los mismos. Con este telescopio y este nuevo modelo se podrían pesar planetas rocosos similares a la Tierra a menos de 160 años luz de distancia a nosotros. Se podrán saber muchos aspectos de ellos aunque no se tenga imagen alguna de los mismos y descartar o no si son propicios para la vida.
El desafío es enorme, pues la cantidad de luz que absorbe la atmósfera es una proporción muy pequeña de la luz recibida de la estrella. Será más fácil en los casos en los que la estrella es una enana roja, pues estas estrellas son más frías y menos brillantes y la proporción absorbida por la atmósfera planetaria es mayor. Pero, de todos modos, se requerirán muchas horas de observación del mismo planeta hasta tener suficiente estadística. Quizás sólo haya unos pocos planetas que se presten a todo esto.
La ESA tiene que decidir pronto una entre cinco candidatas a misiones de tamaño medio para ser lanzada en 2024, una de ellas es EChO, que se encargaría de la caracterización de exoplanetas. Quizás este nuevo modelo ayude en la decisión o puede que los fondos vayan a otra cosa.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.
Ilustración: Christine Daniloff/MIT, Julien de Wit