telescopio espacial kepler -Kepler space telescope

Kepler
Kepler en órbita
Impresión artística del telescopio Kepler
tipo de misión telescopio espacial
Operador NASA  / LASP
ID COSPAR 2009-011A Edite esto en Wikidata
SATCAT no. 34380
Sitio web www.nasa.gov/kepler _ _ _
Duración de la misión Planificado: 3,5 años
Final: 9 años, 7 meses, 23 días
Propiedades de la nave espacial
Fabricante Bola aeroespacial y tecnologías
Masa de lanzamiento 1.052,4 kg (2.320 libras)
Secado masivo 1.040,7 kg (2.294 libras)
Masa de carga útil 478 kg (1054 libras)
Dimensiones 4,7 m × 2,7 m (15,4 pies × 8,9 pies)
Fuerza 1100 vatios
Comienzo de la misión
Fecha de lanzamiento 7 de marzo de 2009, 03:49:57  UTC ( 2009-03-07UTC03:49:57 )
Cohete Delta II (7925-10L)
Sitio de lanzamiento Cabo Cañaveral SLC-17B
Contratista Alianza de lanzamiento unido
Servicio ingresado 12 de mayo de 2009, 09:01 UTC
fin de mision
Desactivado 15 de noviembre de 2018 ( 2018-11-15 )
Parámetros orbitales
Sistema de referencia Heliocéntrico
Régimen tierra -trasera
Semieje mayor 1,0133 UA
Excentricidad 0.036116
Altitud del perihelio 0.97671 UA
Altitud del afelio 1,0499 UA
Inclinación 0.4474 grados
Período 372,57 días
Argumento del perihelio 294,04 grados
Anomalía media 311,67 grados
Movimiento medio 0,96626 grados/día
Época 1 de enero de 2018 ( J2000 : 2458119.5)
Telescopio principal
Tipo Schmidt
Diámetro 0,95 m (3,1 pies)
Zona de recogida 0,708 m 2 (7,62 pies cuadrados)
Longitudes de onda 430–890 nanómetro
Transpondedores
Banda ancha Banda X hacia arriba: 7,8 bit/ s – 2 kbit/s
Banda X hacia abajo: 10 bit/s – 16 kbit/s
Banda

K hacia abajo: Hasta 4,3 Mbit/s
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El telescopio espacial Kepler es un telescopio espacial en desuso lanzado por la NASA en 2009 para descubrir planetas del tamaño de la Tierra que orbitan alrededor de otras estrellas . Nombrada en honor al astrónomo Johannes Kepler , la nave espacial fue lanzada a una órbita heliocéntrica siguiendo a la Tierra . El investigador principal fue William J. Borucki . Después de nueve años y medio de operación, el combustible del sistema de control de reacción del telescopio se agotó y la NASA anunció su retiro el 30 de octubre de 2018.

Diseñado para estudiar una porción de la región de la Vía Láctea en la Tierra para descubrir exoplanetas del tamaño de la Tierra en o cerca de zonas habitables y estimar cuántos de los miles de millones de estrellas en la Vía Láctea tienen tales planetas, el único instrumento científico de Kepler es un fotómetro que monitorea continuamente el brillo de aproximadamente 150.000 estrellas de secuencia principal en un campo de visión fijo. Estos datos se transmitieron a la Tierra y luego se analizaron para detectar el oscurecimiento periódico causado por los exoplanetas que se cruzan frente a su estrella anfitriona. Solo se pudieron detectar los planetas cuyas órbitas se ven de canto desde la Tierra. Kepler observó 530.506 estrellas y detectó 2.662 planetas.

Historia

Desarrollo previo al lanzamiento

El telescopio espacial Kepler fue parte del Programa Discovery de la NASA de misiones científicas de costo relativamente bajo. La construcción y el funcionamiento inicial del telescopio estuvieron a cargo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA , y Ball Aerospace fue responsable del desarrollo del sistema de vuelo Kepler.

En enero de 2006, el lanzamiento del proyecto se retrasó ocho meses debido a los recortes presupuestarios y la consolidación en la NASA. Se retrasó nuevamente cuatro meses en marzo de 2006 debido a problemas fiscales. En ese momento, la antena de alta ganancia se cambió de un diseño dirigido por cardán a uno fijado al marco de la nave espacial para reducir el costo y la complejidad, a costa de un día de observación por mes .

Lanzamiento posterior

El Centro de Investigación Ames fue responsable del desarrollo del sistema terrestre, las operaciones de la misión desde diciembre de 2009 y el análisis de datos científicos. La vida útil planificada inicial era de 3,5 años, pero un ruido mayor al esperado en los datos , tanto de las estrellas como de la nave espacial, significó que se necesitaba más tiempo para cumplir con todos los objetivos de la misión. Inicialmente, en 2012, se esperaba que la misión se extendiera hasta 2016, pero el 14 de julio de 2012, una de las cuatro ruedas de reacción de la nave espacial utilizada para apuntar la nave espacial dejó de girar y completar la misión solo sería posible si todas las demás ruedas de reacción permaneció confiable. Luego, el 11 de mayo de 2013, una segunda rueda de reacción falló, deshabilitando la recopilación de datos científicos y amenazando la continuación de la misión.

El 15 de agosto de 2013, la NASA anunció que había renunciado a intentar reparar las dos ruedas de reacción fallidas. Esto significaba que la misión actual necesitaba ser modificada, pero no significaba necesariamente el fin de la búsqueda de planetas. La NASA había pedido a la comunidad científica espacial que propusiera planes de misión alternativos "que posiblemente incluyan una búsqueda de exoplanetas, utilizando las dos ruedas y propulsores de buena reacción restantes". El 18 de noviembre de 2013, se informó la propuesta K2 "Second Light". Esto incluiría utilizar el Kepler deshabilitado de una manera que podría detectar planetas habitables alrededor de enanas rojas más pequeñas y tenues . El 16 de mayo de 2014, la NASA anunció la aprobación de la extensión K2.

En enero de 2015, Kepler y sus observaciones de seguimiento habían encontrado 1013 exoplanetas confirmados en unos 440 sistemas estelares , junto con otros 3199 candidatos a planetas no confirmados. Se han confirmado cuatro planetas a través de la misión K2 de Kepler. En noviembre de 2013, los astrónomos estimaron, basándose en los datos de la misión espacial Kepler, que podría haber hasta 40 mil millones de exoplanetas rocosos del tamaño de la Tierra orbitando en las zonas habitables de estrellas similares al Sol y enanas rojas dentro de la Vía Láctea . Se estima que 11 mil millones de estos planetas pueden estar orbitando estrellas similares al Sol. El planeta más cercano puede estar a 3,7 parsecs (12  ly ) de distancia, según los científicos.

El 6 de enero de 2015, la NASA anunció el exoplaneta número 1000 confirmado descubierto por el telescopio espacial Kepler. Se descubrió que cuatro de los exoplanetas recientemente confirmados orbitan dentro de las zonas habitables de sus estrellas relacionadas : tres de los cuatro, Kepler-438b , Kepler-442b y Kepler-452b , son casi del tamaño de la Tierra y probablemente rocosos; el cuarto, Kepler-440b , es una supertierra . El 10 de mayo de 2016, la NASA verificó 1284 nuevos exoplanetas encontrados por Kepler, el mayor hallazgo de planetas hasta la fecha.

Los datos de Kepler también han ayudado a los científicos a observar y comprender las supernovas ; las mediciones se recogieron cada media hora, por lo que las curvas de luz fueron especialmente útiles para estudiar este tipo de eventos astronómicos.

El 30 de octubre de 2018, después de que la nave espacial se quedara sin combustible, la NASA anunció que retiraría el telescopio. El telescopio se cerró el mismo día, poniendo fin a su servicio de nueve años. Kepler observó 530.506 estrellas y descubrió 2.662 exoplanetas durante su vida. Una misión más nueva de la NASA, TESS , lanzada en 2018, continúa la búsqueda de exoplanetas.

Diseño de naves espaciales

Kepler en la planta de procesamiento de materiales peligrosos de Astrotech
Modelo 3D interactivo de Kepler
Modelo 3D interactivo de Kepler

El telescopio tiene una masa de 1.039 kilogramos (2.291 libras) y contiene una cámara Schmidt con una placa correctora frontal (lente) de 0,95 metros (37,4 pulgadas) que alimenta un espejo primario de 1,4 metros (55 pulgadas) , en el momento de su lanzamiento. este fue el espejo más grande en cualquier telescopio fuera de la órbita terrestre, aunque el Observatorio Espacial Herschel tomó este título unos meses después. Su telescopio tiene un campo de visión (FoV) de 115 grados 2 (alrededor de 12 grados de diámetro ), aproximadamente equivalente al tamaño de un puño sostenido con el brazo extendido. De esto, 105 grado 2 es de calidad científica, con menos del 11 % de viñetas . El fotómetro tiene un enfoque suave para proporcionar una fotometría excelente , en lugar de imágenes nítidas. El objetivo de la misión era una precisión fotométrica diferencial combinada (CDPP) de 20 ppm para una estrella similar al Sol de m (V) = 12 para una integración de 6,5 horas, aunque las observaciones no alcanzaron este objetivo (consulte el estado de la misión ).

Cámara

Conjunto de sensores de imagen de Kepler. La matriz está curvada para tener en cuenta la curvatura del campo de Petzval .

El plano focal de la cámara de la nave espacial está hecho de cuarenta y dos CCD de 50 × 25 mm (2 × 1 pulgada) a 2200 × 1024 píxeles cada uno, con una resolución total de 94,6 megapíxeles , que en ese momento lo convirtió en el sistema de cámara más grande. lanzado al espacio. La matriz se enfrió mediante tubos de calor conectados a un radiador externo. Los CCD se leyeron cada 6,5 ​​segundos (para limitar la saturación) y se agregaron conjuntamente durante 58,89 segundos para objetivos de cadencia corta y 1765,5 segundos (29,4 minutos) para objetivos de cadencia larga. Debido a los requisitos de mayor ancho de banda para los primeros, estos se limitaron en número a 512 en comparación con 170,000 para cadencia larga. Sin embargo, aunque en el lanzamiento Kepler tuvo la tasa de datos más alta de cualquier misión de la NASA, las sumas de 29 minutos de los 95 millones de píxeles constituyeron más datos de los que podrían almacenarse y enviarse a la Tierra. Por lo tanto, el equipo científico preseleccionó los píxeles relevantes asociados con cada estrella de interés, lo que representa alrededor del 6 por ciento de los píxeles (5,4 megapíxeles). Luego, los datos de estos píxeles se recuantificaron, comprimieron y almacenaron, junto con otros datos auxiliares, en la grabadora de estado sólido de 16 gigabytes integrada. Los datos que se almacenaron y descargaron incluyen estrellas científicas, estrellas en modo p , manchas, nivel de negro, imágenes de fondo y de campo de visión completo.

espejo principal

Comparación de tamaños de espejos primarios para el telescopio Kepler y otros telescopios ópticos notables.

El espejo primario de Kepler tiene 1,4 metros (4,6 pies) de diámetro. Fabricado por el fabricante de vidrio Corning utilizando vidrio de expansión ultrabaja (ULE) , el espejo está diseñado específicamente para tener una masa de solo el 14 % de la de un espejo sólido del mismo tamaño. Para producir un sistema de telescopio espacial con suficiente sensibilidad para detectar planetas relativamente pequeños, cuando pasan frente a las estrellas, se requería un recubrimiento de muy alta reflectancia en el espejo primario. Utilizando la evaporación asistida por iones , Surface Optics Corp. aplicó una capa protectora de plata de nueve capas para mejorar la reflexión y una capa de interferencia dieléctrica para minimizar la formación de centros de color y la absorción de humedad atmosférica.

Rendimiento fotométrico

En términos de rendimiento fotométrico, Kepler funcionó bien, mucho mejor que cualquier telescopio terrestre, pero sin alcanzar los objetivos de diseño. El objetivo era una precisión fotométrica diferencial combinada (CDPP) de 20 partes por millón (PPM) en una estrella de magnitud 12 para una integración de 6,5 horas. Esta estimación se desarrolló permitiendo 10 ppm para la variabilidad estelar, aproximadamente el valor del Sol. La precisión obtenida para esta observación tiene un amplio rango, dependiendo de la estrella y posición en el plano focal, con una mediana de 29 ppm. La mayor parte del ruido adicional parece deberse a una variabilidad mayor de lo esperado en las propias estrellas (19,5 ppm frente a las supuestas 10,0 ppm), y el resto se debe a fuentes de ruido instrumental ligeramente mayores de lo previsto.

Debido a que la disminución en el brillo de un planeta del tamaño de la Tierra que transita por una estrella similar al Sol es tan pequeña, solo 80 ppm, el aumento del ruido significa que cada tránsito individual es solo un evento de 2.7 σ, en lugar de los 4 σ previstos. Esto, a su vez, significa que se deben observar más tránsitos para estar seguros de una detección. Las estimaciones científicas indicaron que se necesitaría una misión de 7 a 8 años, a diferencia de los 3,5 años planeados originalmente, para encontrar todos los planetas del tamaño de la Tierra en tránsito. El 4 de abril de 2012, se aprobó la extensión de la misión Kepler hasta el año fiscal 2016, pero esto también dependía de que todas las ruedas de reacción restantes se mantuvieran en buen estado, lo que resultó no ser el caso (consulte los problemas de las ruedas de reacción a continuación).

Órbita y orientación

El volumen de búsqueda de Kepler, en el contexto de la Vía Láctea
El movimiento de Kepler en relación con la Tierra, alejándose lentamente de la Tierra en una órbita similar, pareciendo una espiral con el tiempo.

Kepler orbita alrededor del Sol , lo que evita las ocultaciones de la Tierra , la luz parásita y las perturbaciones y pares gravitacionales inherentes a una órbita terrestre.

La NASA ha caracterizado la órbita de Kepler como "seguimiento de la Tierra". Con un período orbital de 372,5 días, Kepler se está alejando lentamente de la Tierra (alrededor de 16 millones de millas por año ). A partir del 1 de mayo de 2018, la distancia a Kepler desde la Tierra era de aproximadamente 0,917 AU (137 millones de km). Esto significa que después de unos 26 años, Kepler llegará al otro lado del Sol y volverá a la vecindad de la Tierra después de 51 años.

Hasta 2013, el fotómetro apuntaba a un campo en las constelaciones del norte de Cygnus , Lyra y Draco , que está bastante fuera del plano de la eclíptica , por lo que la luz del sol nunca entra en el fotómetro mientras la nave espacial orbita. Esta es también la dirección del movimiento del Sistema Solar alrededor del centro de la galaxia. Por lo tanto, las estrellas que observó Kepler están aproximadamente a la misma distancia del centro galáctico que el Sistema Solar , y también cerca del plano galáctico . Este hecho es importante si la posición en la galaxia está relacionada con la habitabilidad, como sugiere la hipótesis de la Tierra Rara .

La orientación se estabiliza en tres ejes mediante la detección de rotaciones utilizando sensores de guía fina ubicados en el plano focal del instrumento (en lugar de giroscopios de detección de velocidad, por ejemplo, como se usa en el Hubble ). y usando ruedas de reacción y propulsores de hidracina para controlar la orientación.

Animación de la trayectoria de Kepler
Relativo al Sol
Relativo a la Tierra
Relativo al Sol y la Tierra
  Kepler  ·   tierra  ·   Sol

Operaciones

órbita de Kepler. La matriz solar del telescopio se ajustaba en solsticios y equinoccios .

Kepler fue operado desde Boulder, Colorado , por el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) bajo contrato con Ball Aerospace & Technologies . El conjunto solar de la nave espacial se giró para mirar al Sol en los solsticios y equinoccios , a fin de optimizar la cantidad de luz solar que cae sobre el conjunto solar y mantener el radiador de calor apuntando hacia el espacio profundo. Juntos, LASP y Ball Aerospace controlan la nave espacial desde un centro de operaciones de la misión ubicado en el campus de investigación de la Universidad de Colorado . LASP realiza la planificación de la misión esencial y la recopilación y distribución inicial de los datos científicos. El costo inicial del ciclo de vida de la misión se estimó en US $ 600 millones, incluida la financiación de 3,5 años de operación. En 2012, la NASA anunció que la misión Kepler sería financiada hasta 2016 a un costo de alrededor de $20 millones por año.

Comunicaciones

La NASA se puso en contacto con la nave espacial utilizando el enlace de comunicación de banda X dos veces por semana para obtener actualizaciones de estado y comando. Los datos científicos se descargan una vez al mes utilizando el enlace de banda K a a una velocidad máxima de transferencia de datos de aproximadamente 550  kB/s . La antena de alta ganancia no es orientable, por lo que la recopilación de datos se interrumpe durante un día para reorientar toda la nave espacial y la antena de alta ganancia para las comunicaciones con la Tierra.

El telescopio espacial Kepler realizó su propio análisis parcial a bordo y solo transmitió los datos científicos que se consideraron necesarios para la misión a fin de conservar el ancho de banda.

Gestión de datos

La telemetría de datos científicos recopilada durante las operaciones de la misión en LASP se envía para su procesamiento al Centro de gestión de datos de Kepler (DMC) que se encuentra en el Instituto de ciencia del telescopio espacial en el campus de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland . La telemetría de datos científicos es decodificada y procesada en productos de datos científicos en formato FITS no calibrados por el DMC, que luego se pasan al Centro de Operaciones Científicas (SOC) en el Centro de Investigación Ames de la NASA, para su calibración y procesamiento final. El SOC en el Centro de Investigación Ames (ARC) de la NASA desarrolla y opera las herramientas necesarias para procesar datos científicos para uso de la Oficina Científica de Kepler (SO). En consecuencia, el SOC desarrolla el software de procesamiento de datos de tuberías basado en algoritmos científicos desarrollados conjuntamente por el SO y el SOC. Durante las operaciones, el SOC:

  1. Recibe datos de píxeles no calibrados del DMC
  2. Aplica los algoritmos de análisis para producir píxeles calibrados y curvas de luz para cada estrella
  3. Realiza búsquedas de tránsito para la detección de planetas (eventos de cruce de umbral o TCE)
  4. Realiza la validación de datos de planetas candidatos mediante la evaluación de la consistencia de varios productos de datos como una forma de eliminar las detecciones de falsos positivos

El SOC también evalúa el rendimiento fotométrico de forma continua y proporciona las métricas de rendimiento al SO y a la Oficina de Gestión de la Misión. Finalmente, el SOC desarrolla y mantiene las bases de datos científicas del proyecto, incluidos los catálogos y los datos procesados. El SOC finalmente devuelve los productos de datos calibrados y los resultados científicos al DMC para archivarlos a largo plazo y distribuirlos a los astrónomos de todo el mundo a través del archivo multimisión en STScI (MAST).

Fallas de la rueda de reacción

El 14 de julio de 2012, una de las cuatro ruedas de reacción utilizadas para la orientación precisa de la nave espacial falló. Si bien Kepler requiere solo tres ruedas de reacción para apuntar con precisión el telescopio, otra falla dejaría a la nave espacial incapaz de apuntar a su campo original.

Después de mostrar algunos problemas en enero de 2013, una segunda rueda de reacción falló el 11 de mayo de 2013, poniendo fin a la misión principal de Kepler. La nave espacial se puso en modo seguro y luego, de junio a agosto de 2013, se realizaron una serie de pruebas de ingeniería para tratar de recuperar cualquiera de las ruedas defectuosas. Para el 15 de agosto de 2013, se decidió que las ruedas eran irrecuperables y se ordenó un informe de ingeniería para evaluar las capacidades restantes de la nave espacial.

Este esfuerzo finalmente condujo a la misión de seguimiento "K2" que observó diferentes campos cerca de la eclíptica.

Cronología operativa

Lanzamiento de Kepler el 7 de marzo de 2009
Ilustración interior de Kepler
Una ilustración de 2004 de Kepler

En enero de 2006, el lanzamiento del proyecto se retrasó ocho meses debido a los recortes presupuestarios y la consolidación en la NASA. Se retrasó nuevamente cuatro meses en marzo de 2006 debido a problemas fiscales. En ese momento, la antena de alta ganancia se cambió de un diseño cardánico a uno fijado al marco de la nave espacial para reducir el costo y la complejidad, a costa de un día de observación por mes.

El observatorio Kepler fue lanzado el 7 de marzo de 2009 a las 03:49:57 UTC a bordo de un cohete Delta II desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral , Florida. El lanzamiento fue un éxito y las tres etapas se completaron a las 04:55 UTC. La cubierta del telescopio se desechó el 7 de abril de 2009 y las primeras imágenes de luz se tomaron al día siguiente.

El 20 de abril de 2009, se anunció que el equipo científico de Kepler había llegado a la conclusión de que un mayor refinamiento del enfoque aumentaría drásticamente el rendimiento científico. El 23 de abril de 2009, se anunció que el enfoque se había optimizado con éxito moviendo el espejo principal 40  micrómetros (1,6 milésimas de pulgada) hacia el plano focal e inclinando el espejo principal 0,0072 grados.

El 13 de mayo de 2009, a las 00:01 UTC, Kepler completó con éxito su fase de puesta en marcha y comenzó su búsqueda de planetas alrededor de otras estrellas.

El 19 de junio de 2009, la nave espacial envió con éxito sus primeros datos científicos a la Tierra. Se descubrió que Kepler había entrado en modo seguro el 15 de junio. El 2 de julio se produjo un segundo evento de modo seguro. En ambos casos, el evento fue provocado por un reinicio del procesador . La nave espacial reanudó su funcionamiento normal el 3 de julio y los datos científicos que se habían recopilado desde el 19 de junio se transmitieron ese día. El 14 de octubre de 2009, se determinó que la causa de estos eventos de seguridad fue una fuente de alimentación de bajo voltaje que proporciona energía al procesador RAD750 . El 12 de enero de 2010, una parte del plano focal transmitió datos anómalos, lo que sugiere un problema con el módulo MOD-3 del plano focal, que cubre dos de los 42 CCD de Kepler . En octubre de 2010, el módulo se describió como "fallido", pero la cobertura aún superó los objetivos científicos.

Kepler envió un enlace descendente de aproximadamente doce gigabytes de datos aproximadamente una vez al mes; un ejemplo de un enlace descendente de este tipo fue el 22 y 23 de noviembre de 2010.

Campo de visión

Diagrama del área investigada de Kepler con coordenadas celestes

Kepler tiene un campo de visión fijo (FOV) contra el cielo. El diagrama de la derecha muestra las coordenadas celestes y la ubicación de los campos detectores, junto con las ubicaciones de algunas estrellas brillantes con el norte celeste en la esquina superior izquierda. El sitio web de la misión tiene una calculadora que determinará si un objeto dado cae en el FOV y, de ser así, dónde aparecerá en el flujo de datos de salida del fotodetector. Los datos sobre los candidatos a exoplanetas se envían al Programa de seguimiento de Kepler , o KFOP, para realizar observaciones de seguimiento.

El campo de visión del fotómetro en las constelaciones Cygnus , Lyra y Draco

El campo de visión de Kepler cubre 115 grados cuadrados , alrededor del 0,25 por ciento del cielo, o "alrededor de dos cucharadas de la Osa Mayor". Por lo tanto, se necesitarían alrededor de 400 telescopios tipo Kepler para cubrir todo el cielo. El campo de Kepler contiene porciones de las constelaciones Cygnus , Lyra y Draco .

El sistema estelar más cercano en el campo de visión de Kepler es el sistema estelar trinario Gliese 1245 , a 15 años luz del Sol. La enana marrón WISE J2000+3629, a 22,8 ± 1 años luz del Sol, también está en el campo de visión, pero es invisible para Kepler debido a que emite luz principalmente en longitudes de onda infrarrojas.

Objetivos y métodos

El objetivo científico del telescopio espacial Kepler era explorar la estructura y diversidad de los sistemas planetarios . Esta nave espacial observa una gran muestra de estrellas para lograr varios objetivos clave:

  • Para determinar cuántos planetas del tamaño de la Tierra y más grandes hay en o cerca de la zona habitable (a menudo llamados "planetas Goldilocks") de una amplia variedad de tipos espectrales de estrellas.
  • Determinar el rango de tamaño y forma de las órbitas de estos planetas.
  • Estimar cuántos planetas hay en los sistemas estelares múltiples.
  • Determinar el rango de tamaño de órbita, brillo, tamaño, masa y densidad de planetas gigantes de período corto.
  • Identificar miembros adicionales de cada sistema planetario descubierto utilizando otras técnicas.
  • Determinar las propiedades de aquellas estrellas que albergan sistemas planetarios.

La mayoría de los exoplanetas detectados previamente por otros proyectos eran planetas gigantes , en su mayoría del tamaño de Júpiter y más grandes. Kepler fue diseñado para buscar planetas de 30 a 600 veces menos masivos, más cercanos al orden de la masa de la Tierra (Júpiter es 318 veces más masivo que la Tierra). El método utilizado, el método del tránsito , consiste en observar tránsitos repetidos de planetas frente a sus estrellas, lo que provoca una ligera reducción en la magnitud aparente de la estrella , del orden del 0,01% para un planeta del tamaño de la Tierra. El grado de esta reducción en el brillo se puede usar para deducir el diámetro del planeta, y el intervalo entre tránsitos se puede usar para deducir el período orbital del planeta, a partir del cual se estima su semieje orbital mayor (usando las leyes de Kepler ) y su se puede calcular la temperatura (utilizando modelos de radiación estelar).

La probabilidad de que una órbita planetaria aleatoria esté en la línea de visión de una estrella es el diámetro de la estrella dividido por el diámetro de la órbita. Para un planeta del tamaño de la Tierra a 1  UA en tránsito por una estrella similar al Sol, la probabilidad es del 0,47%, o aproximadamente 1 en 210. Para un planeta como Venus que orbita alrededor de una estrella similar al Sol, la probabilidad es ligeramente mayor, del 0,65%; Si la estrella anfitriona tiene varios planetas, la probabilidad de detecciones adicionales es mayor que la probabilidad de detección inicial, suponiendo que los planetas de un sistema dado tiendan a orbitar en planos similares, una suposición consistente con los modelos actuales de formación de sistemas planetarios. Por ejemplo, si una misión similar a Kepler realizada por extraterrestres observara la Tierra en tránsito por el Sol, hay un 7% de posibilidades de que también vea a Venus en tránsito.

El campo de visión de 115 grados 2 de Kepler le da una probabilidad mucho mayor de detectar planetas del tamaño de la Tierra que el telescopio espacial Hubble , que tiene un campo de visión de solo 10 minutos de arco cuadrados . Además, Kepler se dedica a detectar tránsitos planetarios, mientras que el Telescopio Espacial Hubble se utiliza para abordar una amplia gama de cuestiones científicas y rara vez observa de forma continua un solo campo estelar. De aproximadamente medio millón de estrellas en el campo de visión de Kepler, se seleccionaron alrededor de 150.000 estrellas para su observación. Más de 90.000 son estrellas de tipo G en la secuencia principal o cerca de ella . Por lo tanto, Kepler fue diseñado para ser sensible a longitudes de onda de 400 a 865 nm, donde el brillo de esas estrellas alcanza su punto máximo. La mayoría de las estrellas observadas por Kepler tienen una magnitud visual aparente entre 14 y 16, pero las estrellas más brillantes observadas tienen una magnitud visual aparente de 8 o menos. Inicialmente, no se esperaba que la mayoría de los candidatos a planetas fueran confirmados debido a que eran demasiado débiles para las observaciones de seguimiento. Todas las estrellas seleccionadas se observan simultáneamente, y la nave espacial mide las variaciones en su brillo cada treinta minutos. Esto proporciona una mejor oportunidad de ver un tránsito. La misión fue diseñada para maximizar la probabilidad de detectar planetas que orbitan alrededor de otras estrellas.

Debido a que Kepler debe observar al menos tres tránsitos para confirmar que el oscurecimiento de una estrella fue causado por un planeta en tránsito, y debido a que los planetas más grandes dan una señal que es más fácil de verificar, los científicos esperaban que los primeros resultados informados fueran planetas más grandes del tamaño de Júpiter en órbitas estrechas. El primero de estos se informó después de solo unos meses de operación. Los planetas más pequeños y los planetas más alejados de su sol tomarían más tiempo, y se esperaba que el descubrimiento de planetas comparables a la Tierra tomara tres años o más.

Los datos recopilados por Kepler también se utilizan para estudiar estrellas variables de varios tipos y realizar asterosismología , particularmente en estrellas que muestran oscilaciones similares a las solares .

Proceso de búsqueda de planetas

Encontrar candidatos planetarios

Impresión artística de Kepler

Una vez que Kepler ha recopilado y devuelto los datos, se construyen las curvas de luz sin procesar. A continuación, los valores de brillo se ajustan para tener en cuenta las variaciones de brillo debidas a la rotación de la nave espacial. El siguiente paso es procesar (doblar) las curvas de luz en una forma más fácilmente observable y dejar que el software seleccione señales que parezcan potencialmente similares a un tránsito. En este punto, cualquier señal que muestre características similares a las de un tránsito se denomina evento de cruce de umbral. Estas señales se inspeccionan individualmente en dos rondas de inspección, y la primera ronda toma solo unos segundos por objetivo. Esta inspección elimina señales no seleccionadas erróneamente, señales causadas por ruido instrumental y binarias eclipsantes obvias.

Los eventos de cruce de umbral que superan estas pruebas se denominan Objetos de interés de Kepler (KOI), reciben una designación KOI y se archivan. Los KOI se inspeccionan más a fondo en un proceso llamado disposición. Los que superan la disposición se denominan candidatos a planeta Kepler. El archivo KOI no es estático, lo que significa que un candidato de Kepler podría terminar en la lista de falsos positivos tras una inspección adicional. A su vez, los KOI que se clasificaron por error como falsos positivos podrían volver a aparecer en la lista de candidatos.

No todos los candidatos a planeta pasan por este proceso. Los planetas circumbinarios no muestran tránsitos estrictamente periódicos y tienen que ser inspeccionados a través de otros métodos. Además, los investigadores externos utilizan diferentes métodos de procesamiento de datos, o incluso buscan candidatos a planetas a partir de los datos de la curva de luz sin procesar. Como consecuencia, a esos planetas les puede faltar la designación KOI.

Confirmando candidatos a planeta

Misión Kepler – nuevos candidatos a exoplanetas – al 19 de junio de 2017.

Una vez que se han encontrado candidatos adecuados a partir de los datos de Kepler, es necesario descartar falsos positivos con pruebas de seguimiento.

Por lo general, los candidatos a Kepler se toman imágenes individualmente con telescopios terrestres más avanzados para resolver cualquier objeto de fondo que pueda contaminar la firma de brillo de la señal de tránsito. Otro método para descartar candidatos a planetas es la astrometría , para la cual Kepler puede recopilar buenos datos, aunque hacerlo no era un objetivo de diseño. Si bien Kepler no puede detectar objetos de masa planetaria con este método, puede usarse para determinar si el tránsito fue causado por un objeto de masa estelar.

A través de otros métodos de detección.

Existen algunos métodos diferentes de detección de exoplanetas que ayudan a descartar falsos positivos al brindar más pruebas de que un candidato es un planeta real. Uno de los métodos, llamado espectroscopia doppler , requiere observaciones de seguimiento de telescopios terrestres. Este método funciona bien si el planeta es masivo o está ubicado alrededor de una estrella relativamente brillante. Si bien los espectrógrafos actuales son insuficientes para confirmar candidatos planetarios con masas pequeñas alrededor de estrellas relativamente tenues, este método se puede utilizar para descubrir candidatos planetarios masivos que no están en tránsito alrededor de estrellas objetivo.

Una foto tomada por Kepler con dos puntos de interés resaltados. El norte celestial está hacia la esquina inferior izquierda.

En los sistemas multiplanetarios, los planetas a menudo se pueden confirmar a través de la variación del tiempo de tránsito observando el tiempo entre tránsitos sucesivos, que puede variar si los planetas se perturban gravitacionalmente entre sí. Esto ayuda a confirmar planetas de masa relativamente baja incluso cuando la estrella está relativamente distante. Las variaciones en el tiempo de tránsito indican que dos o más planetas pertenecen al mismo sistema planetario. Incluso hay casos en los que también se descubre un planeta que no está en tránsito de esta manera.

Los planetas circumbinarios muestran variaciones de tiempo de tránsito mucho mayores entre tránsitos que los planetas perturbados gravitacionalmente por otros planetas. Sus tiempos de duración del tránsito también varían significativamente. Las variaciones en el tiempo de tránsito y la duración de los planetas circumbinarios son causadas por el movimiento orbital de las estrellas anfitrionas, más que por otros planetas. Además, si el planeta es lo suficientemente masivo, puede causar ligeras variaciones en los períodos orbitales de las estrellas anfitrionas. A pesar de que es más difícil encontrar planetas circumbinarios debido a sus tránsitos no periódicos, es mucho más fácil confirmarlos, ya que los patrones de tiempo de los tránsitos no pueden ser imitados por un binario eclipsante o un sistema estelar de fondo.

Además de los tránsitos, los planetas que orbitan alrededor de sus estrellas experimentan variaciones de luz reflejada, como la Luna , pasan por fases de lleno a nuevo y viceversa. Debido a que Kepler no puede distinguir el planeta de la estrella, solo ve la luz combinada, y el brillo de la estrella anfitriona parece cambiar en cada órbita de manera periódica. Aunque el efecto es pequeño (la precisión fotométrica requerida para ver un planeta gigante cercano es casi la misma que para detectar un planeta del tamaño de la Tierra en tránsito a través de una estrella de tipo solar), los planetas del tamaño de Júpiter con un período orbital de unos pocos días o menos son detectables por telescopios espaciales sensibles como Kepler. A la larga, este método puede ayudar a encontrar más planetas que el método de tránsito, porque la variación de la luz reflejada con la fase orbital es en gran medida independiente de la inclinación orbital del planeta y no requiere que el planeta pase frente al disco de la estrella. . Además, la función de fase de un planeta gigante también es función de sus propiedades térmicas y atmósfera, si las hay. Por lo tanto, la curva de fase puede limitar otras propiedades planetarias, como la distribución del tamaño de partículas de las partículas atmosféricas.

La precisión fotométrica de Kepler es a menudo lo suficientemente alta como para observar los cambios de brillo de una estrella causados ​​por el haz Doppler o la deformación de la forma de una estrella por un compañero. A veces se pueden usar para descartar candidatos calientes a Júpiter como falsos positivos causados ​​por una estrella o una enana marrón cuando estos efectos son demasiado notorios. Sin embargo, hay algunos casos en los que tales efectos son detectados incluso por compañeros de masa planetaria como TrES-2b .

A través de la validación

Si un planeta no se puede detectar a través de al menos uno de los otros métodos de detección, se puede confirmar determinando si la posibilidad de que un candidato de Kepler sea un planeta real es significativamente mayor que cualquier escenario de falso positivo combinado. Uno de los primeros métodos fue ver si otros telescopios también pueden ver el tránsito. El primer planeta confirmado a través de este método fue Kepler-22b , que también se observó con un telescopio espacial Spitzer además de analizar cualquier otra posibilidad de falso positivo. Tal confirmación es costosa, ya que los planetas pequeños generalmente solo pueden detectarse con telescopios espaciales.

En 2014, se anunció un nuevo método de confirmación llamado "validación por multiplicidad". De los planetas previamente confirmados a través de varios métodos, se encontró que los planetas en la mayoría de los sistemas planetarios orbitan en un plano relativamente plano, similar a los planetas que se encuentran en el Sistema Solar. Esto significa que si una estrella tiene múltiples candidatos a planeta, es muy probable que sea un sistema planetario real. Las señales de tránsito aún deben cumplir con varios criterios que descartan escenarios de falsos positivos. Por ejemplo, tiene que tener una relación señal-ruido considerable, tiene al menos tres tránsitos observados, la estabilidad orbital de esos sistemas tiene que ser estable y la curva de tránsito tiene que tener una forma que eclipse parcialmente a los binarios que no puedan imitar la señal de tránsito. . Además, su período orbital debe ser de 1,6 días o más para descartar falsos positivos comunes causados ​​por binarios eclipsantes. La validación por método de multiplicidad es muy eficiente y permite confirmar cientos de candidatos Kepler en un tiempo relativamente corto.

Se ha desarrollado un nuevo método de validación mediante una herramienta denominada PASTIS. Hace posible confirmar un planeta incluso cuando solo se ha detectado un único evento de tránsito candidato para la estrella anfitriona. Un inconveniente de esta herramienta es que requiere una relación señal/ruido relativamente alta de los datos de Kepler , por lo que principalmente puede confirmar solo planetas más grandes o planetas alrededor de estrellas tranquilas y relativamente brillantes. Actualmente, se está realizando el análisis de candidatos a Kepler a través de este método. PASTIS tuvo éxito por primera vez al validar el planeta Kepler-420b.

resultados de la misión

Detalle de la imagen de Kepler del área investigada que muestra el cúmulo estelar abierto NGC 6791 . El norte celestial está hacia la esquina inferior izquierda.
Detalle de la imagen de Kepler del área investigada. Se muestra la ubicación de TrES-2b dentro de esta imagen. El norte celestial está hacia la esquina inferior izquierda.

El telescopio espacial Kepler estuvo en funcionamiento activo desde 2009 hasta 2013, y los primeros resultados principales se anunciaron el 4 de enero de 2010. Como era de esperar, los descubrimientos iniciales fueron todos planetas de período corto. A medida que la misión continuaba, se encontraron candidatos adicionales de períodos más largos. Hasta noviembre de 2018, Kepler ha descubierto 5011 candidatos a exoplanetas y 2662 exoplanetas confirmados. A partir de agosto de 2022, quedan por confirmar 2056 candidatos a exoplanetas y 2711 son ahora exoplanetas confirmados.

2009

La NASA realizó una conferencia de prensa para discutir los primeros resultados científicos de la misión Kepler el 6 de agosto de 2009. En esta conferencia de prensa, se reveló que Kepler había confirmado la existencia del exoplaneta en tránsito HAT-P-7b previamente conocido y estaba funcionando bien. suficiente para descubrir planetas del tamaño de la Tierra.

Debido a que la detección de planetas de Kepler depende de ver cambios muy pequeños en el brillo, las estrellas que varían en brillo por sí mismas ( estrellas variables ) no son útiles en esta búsqueda. A partir de los primeros meses de datos, los científicos de Kepler determinaron que alrededor de 7500 estrellas de la lista inicial de objetivos son estrellas tan variables. Estos fueron eliminados de la lista de objetivos y reemplazados por nuevos candidatos. El 4 de noviembre de 2009, el proyecto Kepler hizo públicas las curvas de luz de las estrellas caídas. El primer candidato a nuevo planeta observado por Kepler se marcó originalmente como un falso positivo debido a las incertidumbres en la masa de su estrella madre. Sin embargo, se confirmó diez años después y ahora se denomina Kepler-1658b .

Las primeras seis semanas de datos revelaron cinco planetas previamente desconocidos, todos muy cerca de sus estrellas. Entre los resultados notables se encuentran uno de los planetas menos densos encontrados hasta ahora, dos enanas blancas de baja masa que inicialmente se informaron como miembros de una nueva clase de objetos estelares, y Kepler-16b , un planeta bien caracterizado que orbita una estrella binaria.

2010

El 15 de junio de 2010, la misión Kepler publicó datos sobre todas menos 400 de las ~156 000 estrellas objetivo planetarias para el público. 706 objetivos de este primer conjunto de datos tienen candidatos viables a exoplanetas, con tamaños que van desde tan pequeños como la Tierra hasta más grandes que Júpiter. Se dieron la identidad y características de 306 de los 706 objetivos. Los objetivos publicados incluyeron cinco sistemas multiplanetarios candidatos, incluidos seis candidatos extra a exoplanetas. Solo 33,5 días de datos estaban disponibles para la mayoría de los candidatos. La NASA también anunció que se retendrían los datos de otros 400 candidatos para permitir que los miembros del equipo de Kepler realizaran observaciones de seguimiento. Los datos de estos candidatos se publicaron el 2 de febrero de 2011. (Consulte los resultados de Kepler para 2011 a continuación).

Los resultados de Kepler, basados ​​en los candidatos de la lista publicada en 2010, implicaron que la mayoría de los planetas candidatos tienen un radio inferior a la mitad del de Júpiter. Los resultados también implican que los planetas candidatos pequeños con períodos de menos de treinta días son mucho más comunes que los planetas candidatos grandes con períodos de menos de treinta días y que los descubrimientos en tierra están muestreando la cola de gran tamaño de la distribución de tamaños. Esto contradecía teorías más antiguas que sugerían que los planetas pequeños y del tamaño de la Tierra serían relativamente poco frecuentes. Según las extrapolaciones de los datos de Kepler , una estimación de alrededor de 100 millones de planetas habitables en la Vía Láctea puede ser realista. Algunos informes de los medios de la charla TED han llevado al malentendido de que Kepler en realidad había encontrado estos planetas. Esto se aclaró en una carta al Director del Centro de Investigación Ames de la NASA, para el Consejo de Ciencias de Kepler con fecha del 2 de agosto de 2010: "El análisis de los datos actuales de Kepler no respalda la afirmación de que Kepler ha encontrado planetas similares a la Tierra. "

En 2010, Kepler identificó dos sistemas que contenían objetos más pequeños y más calientes que sus estrellas madre: KOI 74 y KOI 81 . Estos objetos son probablemente enanas blancas de baja masa producidas por episodios previos de transferencia de masa en sus sistemas.

2011

Una comparación de tamaño de los exoplanetas Kepler-20e y Kepler-20f con Venus y la Tierra

El 2 de febrero de 2011, el equipo de Kepler anunció los resultados del análisis de los datos tomados entre el 2 de mayo y el 16 de septiembre de 2009. Encontraron 1235 candidatos planetarios que giran alrededor de 997 estrellas anfitrionas. (Los números que siguen asumen que los candidatos son realmente planetas, aunque los documentos oficiales los llamaron solo candidatos. Un análisis independiente indicó que al menos el 90% de ellos son planetas reales y no falsos positivos). 68 planetas tenían aproximadamente el tamaño de la Tierra, 288 del tamaño de una súper Tierra , 662 del tamaño de Neptuno, 165 del tamaño de Júpiter y 19 de hasta el doble del tamaño de Júpiter. En contraste con trabajos anteriores, aproximadamente el 74% de los planetas son más pequeños que Neptuno, muy probablemente como resultado de trabajos previos que encontraron planetas grandes más fácilmente que los más pequeños.

Ese lanzamiento del 2 de febrero de 2011 de 1235 candidatos a exoplanetas incluía 54 que pueden estar en la " zona habitable ", incluidos cinco de menos del doble del tamaño de la Tierra. Anteriormente, se pensaba que solo dos planetas estaban en la "zona habitable", por lo que estos nuevos hallazgos representan una enorme expansión del número potencial de "planetas Goldilocks" (planetas de la temperatura adecuada para soportar agua líquida). Todos los candidatos de zona habitable encontrados hasta ahora orbitan estrellas significativamente más pequeñas y más frías que el Sol (los candidatos habitables alrededor de estrellas similares al Sol tardarán varios años más en acumular los tres tránsitos necesarios para la detección). De todos los nuevos candidatos a planetas, 68 tienen el 125% del tamaño de la Tierra o son más pequeños, o más pequeños que todos los exoplanetas descubiertos anteriormente. El "tamaño de la Tierra" y el "tamaño de la superTierra" se definen como "menores o iguales a 2 radios de la Tierra (Re)" [(o, Rp ≤ 2,0 Re) - Cuadro 5]. Seis de estos candidatos a planeta [a saber: KOI 326,01 (Rp=0,85), KOI 701,03 (Rp=1,73), KOI 268,01 (Rp=1,75), KOI 1026,01 (Rp=1,77), KOI 854,01 (Rp=1,91), KOI 70,03 ( Rp=1.96) – Tabla 6] están en la "zona habitable". Un estudio más reciente encontró que uno de estos candidatos (KOI 326.01) es, de hecho, mucho más grande y más caliente de lo que se informó por primera vez.

La frecuencia de las observaciones de planetas fue más alta para los exoplanetas de dos a tres veces el tamaño de la Tierra, y luego disminuyó en proporción inversa al área del planeta. La mejor estimación (a partir de marzo de 2011), después de tener en cuenta los sesgos de observación, fue: el 5,4 % de las estrellas albergan candidatos del tamaño de la Tierra, el 6,8 % albergan candidatos del tamaño de la súper Tierra, el 19,3 % albergan candidatos del tamaño de Neptuno y el 2,55 % albergan candidatos del tamaño de la Tierra. Candidatos del tamaño de Júpiter o más grandes. Los sistemas de múltiples planetas son comunes; El 17% de las estrellas anfitrionas tienen sistemas de múltiples candidatos y el 33,9% de todos los planetas están en sistemas de múltiples planetas.

Para el 5 de diciembre de 2011, el equipo de Kepler anunció que había descubierto 2326 candidatos planetarios, de los cuales 207 son de tamaño similar a la Tierra, 680 son del tamaño de una súper Tierra, 1181 son del tamaño de Neptuno, 203 son del tamaño de Júpiter y 55 son del tamaño de más grande que Júpiter. En comparación con las cifras de febrero de 2011, el número de planetas del tamaño de la Tierra y de la súper Tierra aumentó en un 200 % y un 140 %, respectivamente. Además, se encontraron 48 candidatos a planetas en las zonas habitables de las estrellas encuestadas, lo que marca una disminución con respecto a la cifra de febrero; esto se debió a los criterios más estrictos que se utilizaron en los datos de diciembre.

El 20 de diciembre de 2011, el equipo de Kepler anunció el descubrimiento de los primeros exoplanetas del tamaño de la Tierra , Kepler-20e y Kepler-20f , que orbitan una estrella similar al Sol , Kepler-20 .

Basado en los hallazgos de Kepler, el astrónomo Seth Shostak estimó en 2011 que "dentro de mil años luz de la Tierra", hay "al menos 30,000" planetas habitables. También en base a los hallazgos, el equipo de Kepler ha estimado que hay "al menos 50 mil millones de planetas en la Vía Láctea", de los cuales "al menos 500 millones" están en la zona habitable . En marzo de 2011, los astrónomos del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA informaron que se espera que entre "1,4 y 2,7 ​​por ciento" de todas las estrellas similares al Sol tengan planetas del tamaño de la Tierra "dentro de las zonas habitables de sus estrellas". Esto significa que hay "dos mil millones" de estos "análogos de la Tierra" solo en la Vía Láctea. Los astrónomos del JPL también notaron que hay "50 mil millones de otras galaxias", lo que podría generar más de un sextillón de planetas "análogos a la Tierra" si todas las galaxias tienen un número similar de planetas a la Vía Láctea.

2012

En enero de 2012, un equipo internacional de astrónomos informó que cada estrella de la Vía Láctea puede albergar " en promedio... al menos 1,6 planetas ", lo que sugiere que en la Vía Láctea pueden existir más de 160 000 millones de planetas con estrellas. Kepler también registró superllamaradas estelares distantes , algunas de las cuales son 10.000 veces más poderosas que el evento de Carrington de 1859 . Las superllamaradas pueden ser provocadas por planetas del tamaño de Júpiter en órbita cercana . La técnica Transit Timing Variation (TTV), que se utilizó para descubrir Kepler-9d , ganó popularidad para confirmar los descubrimientos de exoplanetas. También se confirmó un planeta en un sistema con cuatro estrellas, la primera vez que se descubre un sistema de este tipo.

A partir de 2012, hubo un total de 2.321 candidatos . De estos, 207 son similares en tamaño a la Tierra, 680 son del tamaño de una súper Tierra, 1181 son del tamaño de Neptuno, 203 son del tamaño de Júpiter y 55 son más grandes que Júpiter. Además, se encontraron 48 candidatos a planetas en las zonas habitables de las estrellas estudiadas. El equipo de Kepler estimó que el 5,4% de todas las estrellas albergan candidatos a planetas del tamaño de la Tierra, y que el 17% de todas las estrellas tienen múltiples planetas.

2013

Un gráfico que muestra los descubrimientos de Kepler, en el contexto de todos los exoplanetas descubiertos (hasta 2013), con algunas probabilidades de tránsito indicadas para escenarios de ejemplo.

Según un estudio realizado por astrónomos de Caltech publicado en enero de 2013, la Vía Láctea contiene al menos tantos planetas como estrellas, lo que da como resultado entre 100 y 400 mil millones de exoplanetas . El estudio, basado en planetas que orbitan alrededor de la estrella Kepler-32 , sugiere que los sistemas planetarios pueden ser comunes alrededor de las estrellas de la Vía Láctea. El descubrimiento de 461 candidatos más se anunció el 7 de enero de 2013. Cuanto más observa Kepler, más planetas con periodos largos puede detectar.

Desde que se publicó el último catálogo de Kepler en febrero de 2012, el número de candidatos descubiertos en los datos de Kepler ha aumentado en un 20 % y ahora asciende a 2740 planetas potenciales que orbitan alrededor de 2036 estrellas.

Un candidato, recientemente anunciado el 7 de enero de 2013, fue Kepler-69c (anteriormente, KOI-172.02 ), un exoplaneta del tamaño de la Tierra que orbita una estrella similar al Sol en la zona habitable y posiblemente habitable.

En abril de 2013, se descubrió una enana blanca desviando la luz de su compañera enana roja en el sistema estelar KOI-256 .

En abril de 2013, la NASA anunció el descubrimiento de tres nuevos exoplanetas del tamaño de la Tierra: Kepler-62e , Kepler-62f y Kepler-69c , en las zonas habitables de sus respectivas estrellas anfitrionas, Kepler-62 y Kepler-69 . Los nuevos exoplanetas se consideran candidatos principales para poseer agua líquida y, por lo tanto, un entorno habitable. Un análisis más reciente ha demostrado que Kepler-69c es probablemente más análogo a Venus y, por lo tanto, es poco probable que sea habitable.

El 15 de mayo de 2013, la NASA anunció que el telescopio espacial había quedado paralizado por la falla de una rueda de reacción que lo mantiene apuntando en la dirección correcta. Una segunda rueda había fallado anteriormente, y el telescopio requería tres ruedas (de un total de cuatro) para estar operativo para que el instrumento funcionara correctamente. Pruebas adicionales en julio y agosto determinaron que, si bien Kepler era capaz de usar sus ruedas de reacción dañadas para evitar entrar en modo seguro y descargar datos científicos recopilados previamente, no era capaz de recopilar más datos científicos como se configuró previamente. Los científicos que trabajan en el proyecto Kepler dijeron que aún había una acumulación de datos por analizar y que se realizarían más descubrimientos en los próximos años, a pesar del revés.

Aunque no se habían recopilado nuevos datos científicos del campo Kepler desde el problema, en julio de 2013 se anunciaron sesenta y tres candidatos adicionales en función de las observaciones recopiladas anteriormente.

En noviembre de 2013 se llevó a cabo la segunda conferencia científica de Kepler. Los descubrimientos incluyeron el tamaño medio de los candidatos a planetas cada vez más pequeños en comparación con principios de 2013, resultados preliminares del descubrimiento de algunos planetas circumbinarios y planetas en la zona habitable.

2014

Histograma de descubrimientos de exoplanetas. La barra sombreada en amarillo muestra los planetas recientemente anunciados, incluidos los verificados por la técnica de la multiplicidad (26 de febrero de 2014).

El 13 de febrero, se anunciaron más de 530 candidatos a planetas adicionales que residían en sistemas de un solo planeta. Varios de ellos eran casi del tamaño de la Tierra y estaban ubicados en la zona habitable. Este número se incrementó aún más en alrededor de 400 en junio de 2014.

El 26 de febrero, los científicos anunciaron que los datos de Kepler habían confirmado la existencia de 715 nuevos exoplanetas. Se utilizó un nuevo método estadístico de confirmación llamado "verificación por multiplicidad", que se basa en cuántos planetas alrededor de múltiples estrellas se encontraron como planetas reales. Esto permitió una confirmación mucho más rápida de numerosos candidatos que forman parte de sistemas multiplanetarios. El 95% de los exoplanetas descubiertos eran más pequeños que Neptuno y cuatro, incluido Kepler-296f, tenían menos de 2 1/2 del tamaño de la Tierra y se encontraban en zonas habitables donde las temperaturas de la superficie son adecuadas para el agua líquida .

En marzo, un estudio descubrió que los planetas pequeños con períodos orbitales de menos de un día suelen estar acompañados por al menos un planeta adicional con un período orbital de 1 a 50 días. Este estudio también señaló que los planetas de período ultracorto son casi siempre más pequeños que 2 radios terrestres, a menos que se trate de un Júpiter caliente desalineado.

El 17 de abril, el equipo de Kepler anunció el descubrimiento de Kepler-186f , el primer planeta casi del tamaño de la Tierra ubicado en la zona habitable. Este planeta orbita alrededor de una enana roja.

En mayo de 2014, se anunciaron y describieron en detalle los campos de observaciones K2 0 a 13. Las observaciones de K2 comenzaron en junio de 2014.

En julio de 2014, los primeros descubrimientos de los datos de campo K2 se informaron en forma de binarios eclipsantes . Los descubrimientos se derivaron de un conjunto de datos de ingeniería de Kepler que se recopiló antes de la campaña 0 en preparación para la misión principal K2 .

El 23 de septiembre de 2014, la NASA informó que la misión K2 había completado la campaña 1, el primer conjunto oficial de observaciones científicas, y que la campaña 2 estaba en marcha.

Kepler observó KSN 2011b, una supernova de Tipo Ia , en proceso de explosión: antes, durante y después.

La campaña 3 duró del 14 de noviembre de 2014 al 6 de febrero de 2015 e incluyó "16 375 objetivos de cadencia larga estándar y 55 objetivos de cadencia corta estándar".

2015

  • En enero de 2015, el número de planetas Kepler confirmados superó los 1000. Al menos dos ( Kepler-438b y Kepler-442b ) de los planetas descubiertos anunciados ese mes eran probablemente rocosos y en la zona habitable . También en enero de 2015, la NASA informó que se habían encontrado cinco exoplanetas rocosos confirmados de tamaño subterrestre , todos más pequeños que el planeta Venus , orbitando la estrella Kepler-444 de 11.200 millones de años , lo que hace que este sistema estelar tenga el 80% de la edad de el universo , el más antiguo descubierto hasta ahora.
  • En abril de 2015, se informó que la campaña 4 duraría entre el 7 de febrero de 2015 y el 24 de abril de 2015, e incluiría observaciones de casi 16 000 estrellas objetivo y dos cúmulos estelares abiertos notables, las Pléyades y las Híades.
  • En mayo de 2015, Kepler observó una supernova recién descubierta , KSN 2011b ( Tipo 1a ), antes, durante y después de la explosión. Los detalles de los momentos previos a la nova pueden ayudar a los científicos a comprender mejor la energía oscura .
  • El 24 de julio de 2015, la NASA anunció el descubrimiento de Kepler-452b , un exoplaneta confirmado que tiene un tamaño cercano al de la Tierra y se encuentra orbitando la zona habitable de una estrella similar al Sol. Se publicó el séptimo catálogo de candidatos a planetas de Kepler, que contiene 4.696 candidatos y un aumento de 521 candidatos desde el lanzamiento del catálogo anterior en enero de 2015.
  • El 14 de septiembre de 2015, los astrónomos informaron fluctuaciones de luz inusuales de KIC 8462852 , una estrella de secuencia principal de tipo F en la constelación Cygnus , detectada por Kepler, mientras buscaba exoplanetas . Se han presentado varias hipótesis, incluyendo cometas , asteroides y una civilización extraterrestre .

2016

Para el 10 de mayo de 2016, la misión Kepler había verificado 1284 nuevos planetas. Según su tamaño, alrededor de 550 podrían ser planetas rocosos. Nueve de estos orbitan en la zona habitable de sus estrellas :

Estado de la misión

Kepler se lanzó en 2009. Tuvo mucho éxito en la búsqueda de exoplanetas, pero las fallas en dos de las cuatro ruedas de reacción paralizaron su misión extendida en 2013. Sin tres ruedas en funcionamiento, el telescopio no podía apuntar con precisión. El 30 de octubre de 2018, la NASA anunció que la nave espacial se quedó sin combustible y su misión terminó oficialmente.

Extensión

Estructura predicha de la Vía Láctea superpuesta con el espacio de búsqueda original de Kepler.

En abril de 2012, un panel independiente de científicos senior de la NASA recomendó que la misión Kepler continuara hasta 2016. Según la revisión senior, las observaciones de Kepler debían continuar hasta al menos 2015 para lograr todos los objetivos científicos establecidos. El 14 de noviembre de 2012, la NASA anunció la finalización de la misión principal de Kepler y el comienzo de su misión extendida, que finalizó en 2018 cuando se quedó sin combustible.

Problemas con la rueda de reacción

En julio de 2012, una de las cuatro ruedas de reacción de Kepler (rueda 2) falló. El 11 de mayo de 2013, una segunda rueda (rueda 4) falló, poniendo en peligro la continuación de la misión, ya que se necesitan tres ruedas para su búsqueda de planetas. Kepler no había recopilado datos científicos desde mayo porque no pudo señalar con suficiente precisión. Los días 18 y 22 de julio se probaron las ruedas de reacción 4 y 2 respectivamente; la rueda 4 solo giraba en sentido contrario a las agujas del reloj, pero la rueda 2 giraba en ambas direcciones, aunque con niveles de fricción significativamente elevados. Una prueba adicional de la rueda 4 el 25 de julio logró lograr una rotación bidireccional. Ambas ruedas, sin embargo, exhibieron demasiada fricción para ser útiles. El 2 de agosto, la NASA lanzó una convocatoria de propuestas para utilizar las capacidades restantes de Kepler para otras misiones científicas. A partir del 8 de agosto, se realizó una evaluación completa de los sistemas. Se determinó que la rueda 2 no podía proporcionar suficiente precisión para las misiones científicas y la nave espacial se devolvió a un estado de "reposo" para conservar combustible. La rueda 4 se descartó previamente porque exhibió niveles de fricción más altos que la rueda 2 en pruebas anteriores. Enviar astronautas para arreglar Kepler no es una opción porque orbita alrededor del Sol y está a millones de kilómetros de la Tierra.

El 15 de agosto de 2013, la NASA anunció que Kepler no continuaría buscando planetas utilizando el método de tránsito después de que fallaran los intentos de resolver problemas con dos de las cuatro ruedas de reacción. Se ordenó un informe de ingeniería para evaluar las capacidades de la nave espacial, sus dos ruedas de buena reacción y sus propulsores. Al mismo tiempo, se llevó a cabo un estudio científico para determinar si se puede obtener suficiente conocimiento del alcance limitado de Kepler para justificar su costo de $18 millones por año.

Las posibles ideas incluían la búsqueda de asteroides y cometas, la búsqueda de evidencia de supernovas y la búsqueda de enormes exoplanetas a través de microlentes gravitacionales . Otra propuesta fue modificar el software de Kepler para compensar las ruedas de reacción deshabilitadas. En lugar de que las estrellas estén fijas y estables en el campo de visión de Kepler, se desplazarán. Sin embargo, el software propuesto debía rastrear esta deriva y recuperar más o menos por completo los objetivos de la misión a pesar de no poder mantener las estrellas en una vista fija.

Los datos recopilados previamente continúan siendo analizados.

Segunda luz (K2)

En noviembre de 2013, se presentó para su consideración un nuevo plan de misión llamado K2 "Second Light". K2 implicaría utilizar la capacidad restante de Kepler, una precisión fotométrica de unas 300 partes por millón, en comparación con las 20 partes por millón anteriores, para recopilar datos para el estudio de " explosiones de supernova , formación de estrellas y cuerpos del Sistema Solar como asteroides y cometas ". ... " y para encontrar y estudiar más exoplanetas . En este plan de misión propuesto, Kepler buscaría un área mucho más grande en el plano de la órbita de la Tierra alrededor del Sol . Los objetos celestes, incluidos exoplanetas, estrellas y otros, detectados por la misión K2 se asociarían con el acrónimo EPIC , que significa Catálogo de entrada del plano eclíptico .

Cronología de la misión K2 (8 de agosto de 2014).

A principios de 2014, la nave espacial se sometió a pruebas exitosas para la misión K2. De marzo a mayo de 2014, se recopilaron datos de un nuevo campo llamado Campo 0 como prueba. El 16 de mayo de 2014, la NASA anunció la aprobación de extender la misión Kepler a la misión K2. La precisión fotométrica de Kepler para la misión K2 se estimó en 50 ppm en una estrella de magnitud 12 para una integración de 6,5 horas. En febrero de 2014, la precisión fotométrica para la misión K2 utilizando operaciones de precisión de punto fino de dos ruedas se midió como 44 ppm en estrellas de magnitud 12 para una integración de 6,5 horas. El análisis de estas mediciones por parte de la NASA sugiere que la precisión fotométrica del K2 se aproxima a la del archivo Kepler de datos de precisión de punto fino de tres ruedas.

El 29 de mayo de 2014 se reportaron y describieron detalladamente los campos de campaña 0 a 13.

Explicación de la propuesta de K2 (11 de diciembre de 2013).

El Campo 1 de la misión K2 está ubicado hacia la región del cielo Leo - Virgo , mientras que el Campo 2 está hacia el área de la "cabeza" de Scorpius e incluye dos cúmulos globulares, Messier 4 y Messier 80 , y parte de la asociación Scorpius-Centaurus. , que tiene solo unos 11 millones de años y 120–140 parsecs (380–470  ly ) de distancia con probablemente más de 1000 miembros.

El 18 de diciembre de 2014, la NASA anunció que la misión K2 había detectado su primer exoplaneta confirmado, una supertierra llamada HIP 116454 b . Su firma se encontró en un conjunto de datos de ingeniería destinados a preparar la nave espacial para la misión K2 completa . Se necesitaron observaciones de seguimiento de la velocidad radial ya que solo se detectó un único tránsito del planeta.

Durante un contacto programado el 7 de abril de 2016, se descubrió que Kepler estaba operando en modo de emergencia, el modo operativo más bajo y el que consume más combustible. Las operaciones de la misión declararon una emergencia de la nave espacial, lo que les otorgó acceso prioritario a la Red de Espacio Profundo de la NASA . Para la tarde del 8 de abril, la nave espacial se había actualizado al modo seguro, y el 10 de abril se colocó en estado de punto de reposo, un modo estable que proporciona una comunicación normal y el menor consumo de combustible. En ese momento, se desconocía la causa de la emergencia, pero no se creía que las ruedas de reacción de Kepler o una maniobra planeada para apoyar la Campaña 9 de K2 fueran los responsables. Los operadores descargaron y analizaron datos de ingeniería de la nave espacial, con la prioridad de volver a las operaciones científicas normales. Kepler volvió al modo científico el 22 de abril. La emergencia provocó que la primera mitad de la Campaña 9 se acortara dos semanas.

En junio de 2016, la NASA anunció una extensión de la misión K2 de tres años adicionales, más allá del agotamiento esperado del combustible a bordo en 2018. En agosto de 2018, la NASA despertó la nave espacial del modo de suspensión, aplicó una configuración modificada para hacer frente a los problemas del propulsor que degradaron apuntando el rendimiento y comenzó a recopilar datos científicos para la 19ª campaña de observación y descubrió que el combustible a bordo aún no se había agotado por completo.

Publicaciones de datos

El equipo de Kepler originalmente prometió publicar datos dentro de un año de observaciones. Sin embargo, este plan se modificó después del lanzamiento y se programó la publicación de los datos hasta tres años después de su recopilación. Esto resultó en críticas considerables, lo que llevó al equipo científico de Kepler a publicar el tercer trimestre de sus datos un año y nueve meses después de la recopilación. Los datos hasta septiembre de 2010 (trimestres 4, 5 y 6) se hicieron públicos en enero de 2012.

Seguimientos de otros

Periódicamente, el equipo de Kepler publica una lista de candidatos ( Objetos de interés de Kepler o KOI) al público. Utilizando esta información, un equipo de astrónomos recolectó datos de velocidad radial usando el espectrógrafo SOPHIE échelle para confirmar la existencia del candidato KOI-428b en 2010, más tarde llamado Kepler-40b . En 2011, el mismo equipo confirmó al candidato KOI-423b, más tarde llamado Kepler-39b .

Participación científica ciudadana

Desde diciembre de 2010, los datos de la misión Kepler se han utilizado para el proyecto Planet Hunters , que permite a los voluntarios buscar eventos de tránsito en las curvas de luz de las imágenes de Kepler para identificar planetas que los algoritmos informáticos podrían pasar por alto. Para junio de 2011, los usuarios habían encontrado sesenta y nueve candidatos potenciales que antes no habían sido reconocidos por el equipo de la misión Kepler. El equipo tiene planes de acreditar públicamente a los aficionados que detecten tales planetas.

En enero de 2012, el programa de la BBC Stargazing Live emitió un llamamiento público para que los voluntarios analizaran los datos de Planethunters.org en busca de posibles nuevos exoplanetas. Esto llevó a dos astrónomos aficionados, uno en Peterborough , Inglaterra, a descubrir un nuevo exoplaneta del tamaño de Neptuno , que se llamaría Threapleton Holmes B. A fines de enero, otros cien mil voluntarios también participaron en la búsqueda, analizando más de un millón de imágenes de Kepler. principios de 2012. Uno de esos exoplanetas, PH1b (o Kepler-64b por su designación Kepler), fue descubierto en 2012. Un segundo exoplaneta, PH2b (Kepler-86b) fue descubierto en 2013.

En abril de 2017, ABC Stargazing Live , una variación de BBC Stargazing Live , lanzó el proyecto Zooniverse "Exoplanet Explorers". Mientras Planethunters.org trabajaba con datos archivados, Exoplanet Explorers utilizó datos descargados recientemente de la misión K2. En el primer día del proyecto, se identificaron 184 candidatos de tránsito que pasaron pruebas simples. El segundo día, el equipo de investigación identificó un sistema estelar, más tarde llamado K2-138 , con una estrella similar al Sol y cuatro súper-Tierras en una órbita cerrada. Al final, los voluntarios ayudaron a identificar 90 candidatos a exoplanetas. Los científicos ciudadanos que ayudaron a descubrir el nuevo sistema estelar se agregarán como coautores en el artículo de investigación cuando se publique.

Exoplanetas confirmados

Los exoplanetas descubiertos utilizando los datos de Kepler , pero confirmados por investigadores externos, incluyen Kepler-39b, Kepler-40b, Kepler-41b , Kepler-43b , Kepler-44b , Kepler-45b , así como los planetas que orbitan Kepler-223 y Kepler. -42 . El acrónimo "KOI" indica que la estrella es un objeto de interés de Kepler .

Catálogo de Entradas Kepler

El Catálogo de entrada de Kepler es una base de datos de búsqueda pública de aproximadamente 13,2 millones de objetivos utilizados para el Programa de clasificación espectral de Kepler y la misión Kepler. El catálogo por sí solo no se usa para encontrar objetivos de Kepler, porque la nave espacial solo puede observar una parte de las estrellas enumeradas (alrededor de un tercio del catálogo).

Observaciones del Sistema Solar

A Kepler se le ha asignado un código de observatorio ( C55 ) para informar sus observaciones astrométricas de pequeños cuerpos del Sistema Solar al Centro de Planetas Menores . En 2013 se propuso la misión alternativa NEOKepler , una búsqueda de objetos cercanos a la Tierra , en particular asteroides potencialmente peligrosos (PHA). Su órbita única y su campo de visión más grande que los telescopios de exploración existentes le permiten buscar objetos dentro de la órbita de la Tierra. Se predijo que una encuesta de 12 meses podría hacer una contribución significativa a la búsqueda de PHA, así como a la ubicación potencial de objetivos para la Misión de redirección de asteroides de la NASA . El primer descubrimiento de Kepler en el Sistema Solar, sin embargo, fue (506121) 2016 BP 81 , un objeto frío del cinturón de Kuiper clásico de 200 kilómetros ubicado más allá de la órbita de Neptuno .

Jubilación

Obra de arte encargada por la NASA para conmemorar el retiro de Kepler en octubre-noviembre de 2018.

El 30 de octubre de 2018, la NASA anunció que el telescopio espacial Kepler, después de haberse quedado sin combustible, y después de nueve años de servicio y el descubrimiento de más de 2600 exoplanetas , ha sido retirado oficialmente y mantendrá su actual órbita segura, lejos de Tierra. La nave espacial se desactivó con un comando de "buenas noches" enviado desde el centro de control de la misión en el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial el 15 de noviembre de 2018. El retiro de Kepler coincide con el 388 aniversario de la muerte de Johannes Kepler en 1630.

Ver también

Otros proyectos de búsqueda de exoplanetas basados ​​en el espacio

Otros proyectos de búsqueda de exoplanetas en tierra

notas

Referencias

enlaces externos

Bases de datos y catálogos de exoplanetas