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El Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA ha encontrado más de 5000 candidatos a exoplanetas y 197 exoplanetas confirmados desde que comenzó su misión a finales de 2018. TESS es bueno para encontrar exoplanetas, pero la nave espacial es una poderosa plataforma científica, y también ha hecho otros descubrimientos. Los científicos que trabajan con TESS anunciaron recientemente 97 candidatos a estrellas cuádruples, casi duplicando el número de sistemas cuádruples conocidos.
La misión de TESS es encontrar exoplanetas. Más concretamente, su misión es encontrar exoplanetas alrededor de estrellas brillantes cercanas. El Transiting Exoplanet Survey Satellite también puede estudiar la masa, la densidad, el tamaño y la órbita de esos planetas.
Pero el campo de visión de TESS es amplio, mucho más que el de su predecesor, el telescopio espacial Kepler. Su conjunto de cámaras de campo amplio ha estudiado el 85% del cielo y ha recopilado una enorme cantidad de datos. Los científicos utilizan el aprendizaje automático y una cohorte de entusiastas científicos ciudadanos para peinar esos datos.
Según un nuevo documento, los últimos resultados de los datos de TESS son un catálogo de 97 "...candidatos uniformes a sistemas estelares cuádruples". El artículo se titula "97 Eclipsing Quadruple Star Candidates Discovered in TESS Full Frame Images". El artículo está disponible en el sitio de preimpresión arxiv.org y se publicará en The Astrophysical Journal Supplement. El autor principal del artículo es Veselin Kostov, del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.
"Los candidatos fueron identificados en los datos de la imagen completa de TESS de los sectores 1 a 42 mediante una combinación de técnicas de aprendizaje automático y examen visual, con importantes contribuciones de un grupo de científicos ciudadanos", escriben los autores.
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| TESS está equipado con cuatro cámaras CCD con campos de visión adyacentes para producir un conjunto de 4 x 1, o "sector de observación", lo que produce un campo de visión combinado de 96x 24 grados, como se ilustra arriba. Crédito de la imagen: NASA |
Para encontrar estos sistemas, fue necesaria la colaboración de algunos de los sospechosos habituales: la División de Ciencia Astrofísica del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA (GSFC) y el Instituto Kavli del MIT. Pero los profesionales de estas instituciones de investigación necesitaban ayuda. Esa ayuda llegó de la mano de siete ciudadanos científicos experimentados que colaboraron en el minucioso esfuerzo de analizar píxel a píxel las curvas de luz. "Para descartar falsos positivos debidos a estrellas de campo cercanas o a efectos sistemáticos, evaluamos la curva de luz del objetivo píxel a píxel...", escriben los autores en su artículo.
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| Esta es una ilustración artística de HD 98800, un sistema estelar cuádruple situado en la asociación TW Hydrae. No forma parte del nuevo catálogo y fue descubierto anteriormente. Crédito de la imagen: Por NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC) - http://gallery.spitzer.caltech.edu/Imagegallery/image.php?image_name=sig07-013, http://www.nasa.gov/mission_pages/spitzer/news/spitzer-20070724.html, Dominio Público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3689220 |
Los investigadores centraron su esfuerzo en identificar sistemas estelares triples y cuádruples, pero los resultados van más allá de esos sistemas estelares múltiples. También encontraron "...el primer sistema estelar sextuple con eclipse y el primer planeta circumbinario en tránsito detectado a partir de un sector de datos del TESS", explican los autores.
Los sistemas estelares cuádruples contienen dos pares de estrellas binarias eclipsantes (EB). Sin embargo, sólo son EB si se eclipsan mutuamente desde nuestro punto de vista. Todos esos tránsitos y eclipses pueden ser difíciles de enredar, lo que explica la ayuda de ciudadanos científicos dedicados.
Los investigadores sólo estaban interesados en sistemas estelares cuádruples específicos, y excluyeron deliberadamente otros. "Observamos que los objetivos enumerados en este catálogo son candidatos cuádruples que se originan cada uno en una única fuente de TESS, es decir, las EB de dos componentes no están resueltas en los datos de TESS", escriben. Estos sistemas cuádruples están en el catálogo porque muestran cambios observables en escalas de tiempo humanas. "La razón es que, para los fines de este trabajo, nuestros intereses se centran en los sistemas cuádruples cercanos que pueden exhibir interacciones dinámicamente interesantes en una escala de tiempo humana (de meses a años)", explican.
La explicación es un poco extensa, pero se reduce a esto: La anchura de los píxeles de TESS puede ser enorme. Si TESS localiza un par de EBs separados por dos píxeles TESS, y si los EBs están a 500 parsecs de nosotros, eso significa que los EBs están separados el uno del otro por hasta 20.000 UA. A esa enorme distancia entre ellas, podrían necesitarse generaciones de observaciones humanas para notar cualquier interacción entre las estrellas. Los sistemas deben estar más cerca el uno del otro para mostrar interacciones interesantes observables en meses o años, por lo que deben estar en el mismo píxel de TESS. Esto es lo que hizo necesario el minucioso análisis píxel por píxel.
Los sistemas del catálogo pasaron por un riguroso proceso de selección. El equipo también encontró muchos falsos positivos. Una estrella de campo cercana al objetivo a menudo parecía ser otro EB hasta que un análisis más profundo lo descartaba. Otras veces detectaron dos pares de EB, pero no estaban interconectados y estaban demasiado alejados entre sí para constituir un sistema estelar cuádruple. También hubo sistemas estelares triples cuyo patrón de eclipse imitaba un sistema estelar cuádruple. En total, hubo cinco escenarios falsos positivos.
En su resumen, los autores escriben que "las estrellas objetivo han sido identificadas mediante inspección visual y muestran dos conjuntos de eclipses con dos períodos distintos, cada uno con eclipses primarios y, en la mayoría de los casos, secundarios. Todos los objetivos han sido examinados de manera uniforme y han pasado una serie de pruebas, incluyendo el análisis de movimiento píxel a píxel y
análisis del movimiento del fotocentro".
¿Por qué se interesan los astrónomos por los sistemas cuádruples?
Los sistemas estelares múltiples pueden revelar mucho sobre las vías de evolución estelar. Los astrónomos y astrofísicos se interesan por las etapas de la evolución estelar, como las binarias de periodo corto, los eventos de envoltura común, las supernovas de tipo Ia y las fusiones de agujeros negros.
La disposición de las estrellas en los sistemas múltiples es también una prueba de cómo se formaron las estrellas. "Por ejemplo, las relaciones de masas entre los componentes individuales de un sistema cuádruple, las relaciones de periodos entre los sistemas binarios constituyentes y la inclinación mutua proporcionan una visión importante para saber si el sistema se formó a través de un escenario 'descendente' mediante la fragmentación del núcleo o del disco o la agregación 'ascendente' mediante la captura gravitacional", escriben.
Otro aspecto interesante de los sistemas estelares múltiples es el de los planetas. Los astrónomos han encontrado algunos planetas alrededor de sistemas estelares múltiples, pero sus orígenes y destinos no están claros.
En 2015, los astrónomos descubrieron un planeta masivo en el sistema estelar cuádruple 30 Arietis. Según ese descubrimiento, el sistema alberga un enorme gigante gaseoso diez veces más masivo que Júpiter. Fue la segunda instancia conocida de un planeta en un sistema estelar cuádruple.
En 2019 los investigadores encontraron un sistema estelar cuádruple único en el que las estrellas están en ángulo recto con el disco de gas y polvo que las rodea. Es probable que los planetas se formen a partir de este disco protoplanetario. ¿Qué tan inusual sería la vista desde la superficie de un planeta en ese sistema?
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| HD 98800 es un sistema estelar cuádruple con un disco protoplanetario en ángulo recto con las estrellas. ¿Podrían formarse planetas en un sistema así? Créditos de la imagen: UNIVERSIDAD DE WARWICK/MARK GARLICK |
El equipo de investigadores aún no ha terminado. Dicen que han detectado un orden de magnitud más de falsos positivos que de detecciones verificadas y que el análisis completo está más allá del alcance de este artículo. "... dado el gran número de objetivos inspeccionados y suponiendo que muchos de los candidatos adicionales resulten ser reales, TESS tiene el potencial de aumentar el número de sistemas cuádruples eclipsantes conocidos en más de un factor de dos", escriben.
Fuentes, créditos y referencias:
Veselin B. Kostov, Brian P. Powell, Saul A. Rappaport, Tamas Borkovits, Robert Gagliano, Thomas L. Jacobs, Martti H. Kristiansen, Daryll M. LaCourse, Mark Omohundro, Jerome Orosz, Allan R. Schmitt, Hans M. Schwengeler, Ivan A. Terentev, Guillermo Torres, Thomas Barclay, Adam H. Friedman, Ethan Kruse, Greg Olmschenk, Andrew Vanderburg, William Welsh: “97 Eclipsing Quadruple Star Candidates Discovered in TESS Full Frame Images”, 2022; arXiv:2202.05790.
Créditos a Universe Today