Sistemas planetarios y Sistema Solar

Cada mes se descubre un nuevo sistema planetario. El Proyecto Severo Ochoa contribuye a financiar el trabajo que se está realizando actualmente en el IAC sobre los siguientes temas relacionados con la línea de investigación sobre Sistemas Planetarios y Sistema Solar:

1) Comprender la amplia variedad de planetas extrasolares existentes y, en particular, lograr la detección de planetas de tipo terrestre alrededor de estrellas cercanas utilizando los espectrógrafos ultra-estables más avanzados que están en desarrollo (ESPRESSO, HIRES) o actualmente disponibles (HARPS Norte y Sur , CARMENES, SONG); y estudios fotométricos de alta precisión utilizando instalaciones terrestres (Super-WASP, QUES, LCOGT, MUSCAT) y misiones espaciales (CoRoT, Kepler K2, CHEOPS, TESS y Plato). El IAC también participa en el desarrollo y explotación del espectrógrafo CARMENES. El principal objetivo científico de este instrumento es llevar a cabo un muestreo (2016-2018) de estrellas de la secuencia principal de tipo tardío con el objetivo de detectar planetas terrestres en su Zona Habitable.

2) Mejora de las técnicas de velocidades radiales para el descubrimiento de exo-Tierras. El IAC participa en varias búsquedas de planetas gigantes y rocosos y en el seguimiento de tránsitos de Super-WASP, Kepler K2 y CoRoT con técnicas de velocidad radial, usando espectrógrafos ultra-estables disponibles actualmente, como FIRES, HARPS Norte y Sur. El IAC co-lidera el instrumento ESPRESSO para el VLT, el espectrógrafo de alta resolución más preciso jamás construido. Este instrumento romperá la barrera para la precisión de las velocidades radiales estelares, actualmente de 1 m/s, empujándola hasta 0.1 m/s, permitiéndonos detectar planetas similares a la Tierra que orbitan estrellas de tipo solar.

3) La caracterización de las atmósferas exoplanetarias desde gigantes gaseosos a planetas tipo Tierra para obtener información sobre su estructura, condiciones superficiales y atmósferas, de modo que se pueda evaluar la habitabilidad de los planetas tipo Tierra que se espera descubrir. El IAC ha desarrollado técnicas para utilizar las instalaciones terrestres en el estudio de las atmósferas de exoplanetas con tránsitos. Resultados recientes con GTC/OSIRIS muestran un nivel de precisión que probablemente está entre los mejores obtenidos desde tiera. En los próximos años utilizaremos la nueva instrumentación para el GTC (EMIR, CIRCE), más un acceso único en Europa a instrumentación de espectroscopía y fotometría de precisión y amplia cobertura, a través de las redes de telescopios SONG y LCOGT. El IAC también participa en el satélite CHEOPS, que se dedicará a caracterizar las atmósferas exoplanetarias mediante la realización de fotometría de alta precisión en estrellas brillantes con planetas ya detectados. Además, la IAC está desarrollando nuevas instalaciones de imágenes de alta resolución para el GTC, que incluyen un sistema de óptica adaptativa basado en estrellas guía naturales (GTCAO) y una estrella guía láser (GTCAO-LGS), que permitirán la detección directa y caracterización espectroscópica de planetas gigantes jóvenes.

4) Estudiar la formación de sistemas planetarios mediante estudios detallados de la composición química de estrellas con planetas e investigando la existencia y evolución dinámica de los exoplanetas en sus primeras etapas de formación.

5) Estudiar las propiedades físicas de diferentes poblaciones y familias de cuerpos menores del Sistema Solar (asteroides, cometas, objetos trans-neptunianos, etc.) para obtener información sobre su papel en el origen y evolución del sistema y cómo pudieron influir en la génesis de la vida aportando agua y compuestos orgánicos a la Tierra primitiva. El IAC es parte del equipo científico de OSIRIS-REx Science desde 2011. OSIRIS-REx es una misión de la NASA aprobada para volar en 2016 al asteroide primitivo (101955) Bennu y encontrarse con él en 2018. El IAC también está ejecutando el PRIMitiv Asteroids Spectroscopic Survey (PRIMASS), que incluye espectros visibles y en el infrarrojo cercano de familias y poblaciones primitivas de asteroides, con el objetivo de caracterizar el material y la ocurrencia de alteración del agua a lo largo del sistema solar primitivo.

Objetivos:

• Desarrollar técnicas espectroscópicas y de obtención de imágenes para buscar o detectar planetas de tipo terrestre.
• Estudiar las atmósferas de planetas en otras estrellas para conocer mejor su estructura, su superficie y su atmósfera, incluyendo estudios sobre composición química que proporcionarán información acerca del origen y la evolución de nuestro propio mundo y de otros similares.
• Determinar las propiedades físicas de cuerpos menores del Sistema Solar y buscar interrelaciones y vínculos con la historia de su movimiento, lo que nos proporcionará información acerca del origen y la evolución de nuestro propio sistema planetario.
• Buscar pruebas de la presencia de agua helada y compuestos orgánicos en objetos primitivos, lo que nos dará información sobre la cantidad de agua helada y elementos orgánicos que llegaron a la Tierra gracias a las colisiones con cuerpos menores.

Resultados científicos específicos:

Descubrimiento de supertierras y planetas similares a la Tierra alrededor de estrellas de baja masa:

• Descubrimiento de super-Tierras alrededor de enanas M cercanas (Suárez-Mascareño et al. 2017a, b, A&A, Luque et al. 2018, A&A) y de la estrella Barnard, el segundo sistema más cercano al Sol (Ribas et al. 2018, Nature), a partir del análisis de las series temporales de velocidad radial de los espectrógrafos HARPS y HARPS-N.
• Descubrimiento de supertierras que transitan alrededor de LHS1140 y Pi Mensae (Dittmann et al. 2017, Nature; Huang et al. 2018)..
• Un planeta en tránsito, caliente y del tamaño de la Tierra, óptimo para la caracterización atmosférica (Luque et al. 2019, A&A) y planetas similares a la Tierra encontrados alrededor de la estrella Ross 128 y Teegardens (Bonfils et al. 2018, A&A; Zechmeister et al. 2019, A&A).

Atmósferas exoplanetarias:

• Detectada por primera vez la presencia de HeI en una atmósfera planetaria. Las observaciones de WASP-69b revelan que este exoplaneta gigante posee una cola similar a la de un cometa, formada por partículas de helio que escapan de su campo gravitatorio impulsadas por la radiación ultravioleta de su estrella (Nortmann et al. 2018, Science).
• La caracterización de las atmósferas de los Júpiter calientes (Casasayas et al. 2019, A&A; Chen et al. 2018, A&A) revela la presencia de álcalis y otros metales.

• Descubrimiento y análisis de objetos extraños en tránsito: i) el descubrimiento de la estrella de Boyajian (Boyajian et al. 2016, MNRAS) y las observaciones de seguimiento espectrofotométrico con GTC (Deeg et al. 2018 A&A; Boyajian et al. 2018, ApJ) muestran que las variaciones de brillo pueden explicarse mejor por la absorción de polvo de partículas de tamaño submicrónico; ii) los límites de la composición y el tamaño del probable planetesimal en desintegración que orbita a una enana blanca (Alonso et al, 2016, A&A; Gary et al., 2017, MNRAS).

• Se han estudiado las variaciones del albedo de la Tierra, un parámetro climático fundamental para entender el balance de radiación de la atmósfera, para el periodo 1998 - 2014 mediante la observación de la Luna. Los resultados muestran dos modestos ciclos a escala decenal en el albedo terrestre, pero sin un cambio neto significativo a lo largo de los dieciséis años de datos acumulados. (Palle et al. 2016, Geophysical Research Letters).

Cuerpos menores del Sistema Solar:

• Un estudio espectroscópico y dinámico de un par de objetos trans-neptunianos (TNOs) extremos con la cámara-espectrógrafo OSIRIS en el GTC (de León et al. 2017 MNRAS Letters) apoya la existencia de un objeto masivo en las afueras de nuestro Sistema Solar ("Planeta Nueve"), con masa en el rango de 10-20 masas terrestres, moviéndose en una órbita excéntrica e inclinada, y con semieje mayor de 300-600 UA.
• Primer espectro de un cometa interestelar (2I/Borisov), obtenido con el GTC (de León et al. 2019).
• Caracterización de las familias de asteroides que son las fuentes de asteroides objetivo de las misiones espaciales OSIRIS-REx de la NASA y Hayabusa2 de JAXA (de León et al. 2018, Icarus).
• Las observaciones de imagen profunda del asteroide activado P/2016 G1 (PANSTARRS) mediante el GTC han permitido obtener información sobre la cantidad de polvo expulsado por el asteroide y el mecanismo de eyección (Moreno et al. 2019, ApJ Letters). 
• La sonda OSIRIS-REx, una misión con participación del IAC que estudiará uno de los asteroides más antiguos del Sistema Solar, fue lanzada con éxito desde Cabo Cañaveral en septiembre de 2016.

Astronomía cultural:

• En julio de 2019, la UNESCO declaró como Patrimonio de la Humanidad el "Paisaje Cultural de Risco Caído y las Montañas Sagradas de Gran Canaria". Las investigaciones arqueoastronómicas y etnoastronómicas del IAC fueron fundamentales para el éxito de la candidatura.

Resultados previos (2012 - 2015)