Si el sistema solar de Alpha Centauri A reflejara exactamente el nuestro, ¿qué podríamos detectar?

Supongamos que hubiera una réplica exacta de nuestro sistema solar a 4.4 l de distancia (personas incluidas). ¿Qué podríamos detectar y con qué telescopio (s)? Que planetas ¿Podríamos detectar transmisiones de radio y / o cualquier atmósfera?

Supongo que la detección sería óptima si fuéramos coplanares con la eclíptica de la otra estrella, entonces, ¿qué veríamos en el mejor y el peor de los casos (¿vista de 90 °?)?

_{Post Script: unos meses después pregunté algo como esto durante una conferencia de von Karman de Neil Turner .}

Esta es una pregunta amplia y demasiado amplia para que pueda responderla de manera integral. Debe desglosarse en métodos doppler, tránsitos e imágenes directas; y eso es antes de llegar a preguntas sobre la detección de cinturones de Kuiper, emisión de radio, etc.

Me quedaré por el momento con lo que sé acerca de la detección de planetas utilizando la técnica de oscilación Doppler.

Técnica Doppler

La semi-amplitud de velocidad radial refleja de una estrella para el caso de un planeta de masa orbitando una estrella de masa , en una órbita elíptica con excentricidad , y período orbital y con un eje orbital inclinado en a la línea de la vista desde la Tierra es: Clubb (2008) proporciona una derivación (muy) detallada .$m_2$$m_1$$e$$P$$i$

Así que construí una pequeña hoja de cálculo y asumí que todos los planetas se veían de manera óptima en (no todos se podían ver de manera óptima, pero la inclinación más pequeña sería de para Mercurio, por lo que no hace mucha diferencia) También asumiré que la masa de Alpha Cen A es aproximadamente .$i=90^{\circ}$$i=83^{\circ}$$M \simeq 1.1M_{\odot}$

Los resultados son

Planeta | RV semi-amplitud (m / s)

Mercurio | $8.3\times 10^{-3}$

Venus | $8.1\times 10^{-2}$

Tierra | $8.4\times 10^{-2}$

Marte | $7.5\times 10^{-3}$

Júpiter $11.7$

Saturno $2.6$

Urano | $0.28$

Neptuno | $0.26$

Los límites de lo que es posible están bien ilustrados por un planeta alrededor de Alpha Cen B, que afirma estar en una órbita de 3 días y con una masa similar a la Tierra ( Dumusque et al. 2012 , y ver exoplanets.org ). La semi-amplitud de velocidad radial detectada aquí fue de m / s, y algunos espectrógrafos, en particular los instrumentos HARPS, entregan rutinariamente una precisión por debajo de 1 m / s. Por lo tanto, Júpiter y Saturno serían detectables, Urano y Neptuno están al borde de la detectabilidad (recuerde que puede promediar muchas observaciones de RV), pero no se encontrarían los planetas terrestres (las detecciones de la Tierra requerirían precisiones por debajo de 10 cm / s. Recuerde también que las señales más débiles tendrían que extraerse de las señales más grandes debido a los planetas similares a Júpiter y Saturno.$0.51\pm 0.04$

Sin embargo, hay una segunda limitación: para encontrar un planeta utilizando el método Doppler, debe observar al menos una fracción significativa del período orbital. Dado que las precisiones actuales de m / s han estado disponibles solo años, es poco probable que Saturno aún se haya detectado.$\sim 5$

Se puede obtener una imagen que ilustra la situación en el sitio web exoplanets.org, al que he agregado líneas que se aproximan a donde estarían las semi-amplitudes de RV para una precisión de 10 m / sy 1 m / s (suponiendo que la masa Alpha Cen A y órbitas circulares). He marcado en la Tierra, Júpiter y Saturno. Tenga en cuenta que se han descubierto pocos objetos debajo de la línea de 1 m / s. También tenga en cuenta la falta de planetas entre las líneas de 1 y 10 m / s con períodos más largos que un par de años: el reciente aumento de la sensibilidad aún no se ha transmitido a los descubrimientos de exoplanetas de períodos más largos y de menor masa.

En conclusión: solo Júpiter habría sido encontrado hasta ahora por la técnica Doppler.

Técnicas de tránsito

También agregaré algunos comentarios sobre la técnica de tránsito. La detección de tránsito solo funcionará si los exoplanetas orbitan de manera que se crucen frente a la estrella. Entonces las altas inclinaciones son obligatorias. Alguien que sea mejor en trigonometría esférica debería usar los datos publicados del sistema solar para determinar cuántos (y qué) planetas transitan en una orientación altamente óptima. Dado que los planetas tienen inclinaciones orbitales con una dispersión de unos pocos grados, luego una trigonometría directa y una comparación con el radio solar, le dice que estas órbitas generalmente no transitarán en ningún ángulo de visión en particular. De hecho, varios de los sistemas de tránsito múltiple descubiertos por Kepler son mucho más "planos" que el sistema solar.

El satélite Kepler es / fue capaz de detectar planetas en tránsito muy pequeños gracias a su muy alta precisión fotométrica (la caída en el flujo es proporcional a la raíz cuadrada del radio del exoplaneta). La imagen a continuación, presentada por el equipo Kepler de la NASA (ahora un poco desactualizada), muestra que se han descubierto candidatos planetarios que tienen el tamaño de Marte. Sin embargo, estos tienden a estar en órbitas de período corto porque se necesita ver una señal de tránsito varias veces, y Kepler estudia este parche de cielo durante aproximadamente 2.5 años (cuando se produjo esta trama).

Entonces, desde este punto de vista, posiblemente se habría visto a Venus, pero ninguno de los otros planetas podría ser confirmado.

Sin embargo, hay una arruga. Alpha Cen A es demasiado brillante para este tipo de estudios y mucho más brillante que las estrellas Kepler. Tendría que construir un instrumento especial o telescopio para buscar tránsitos alrededor de estrellas muy brillantes. Parte de este trabajo se ha realizado mediante encuestas en tierra (principalmente para encontrar Júpiter calientes). Un nuevo satélite llamado TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite, lanzado en abril de 2018) es una misión de dos años, enfocada en encontrar planetas pequeños (del tamaño de la Tierra y más grandes) alrededor de estrellas brillantes. Sin embargo, la mayoría de sus objetivos (incluido Alpha Cen) solo se observan durante 1-2 meses, por lo que solo se probarán las partes internas de sus sistemas planetarios.

Primero, creo que la respuesta de Rob Jeffries es brillante. Solo agregaré algunos puntos menores que vale la pena mencionar.

¿Qué podríamos detectar y con qué telescopio (s)?

Alpha Centauri A es una estrella binaria con Alpha Centauri B y tienen un tamaño lo suficientemente cercano como para no tener L4 o L5 estables, por lo que cualquier cosa que orbita a cualquiera de ellos debería estar muy cerca (distancia de Mercurio, tal vez Venus) o muy lejos y muy frío, mucho mayor que la distancia de Plutón, orbitando ambas estrellas como lo hace Proxima Centauri.

Si coloca un Júpiter en su órbita solar alrededor de A o B, el efecto de 3 cuerpos seguramente crearía una órbita salvajemente inestable para el planeta que probablemente no duraría mucho, así que una respuesta a esta pregunta es que nuestro sistema solar El tipo de órbita alrededor de A o B es imposible.

¿Podríamos detectar transmisiones de radio y / o cualquier atmósfera?

Por ahora, nuestra detección de la atmósfera es muy limitada y solo para grandes planetas muy cercanos a sus estrellas, pero el artículo dice que están trabajando en eso con telescopios más grandes en el camino, por lo que tal vez en unos años obtengamos algo en eso para planetas de zonas habitables.

detección de atmósfera de exoplanetas

En ondas de radio y digno de mencionar, luz visible, no pude encontrar un buen artículo, pero si un planeta alienígena dispara un mensaje hacia nosotros en un haz estrecho, entonces, estoy seguro de que podríamos detectarlo, siempre que disparen un haz lo suficientemente grande, ¿Pero podríamos detectar otra tierra con nuestra salida de corriente? No creo que estemos cerca de ese tipo de tecnología de detección.

(y si me equivoco, agradezco la corrección).

(Pregunté algo como esto durante una conferencia de von Karman por Neil Turner)

¿Él te respondió? ¿Dijo algo bueno?

La respuesta de Neal Turner de la conferencia von Karman "El nacimiento de los planetas"

¿Cómo detectaríamos planetas alrededor de una copia remota e idéntica de nuestro sistema solar? ¿Necesitarían ser detectados nuestros planetas usando el método de tránsito?

En general, sí. Júpiter probablemente podría detectar por el método de velocidad radial si está dispuesto a esperar una órbita o tal vez dos para estar seguro, por lo que 12 años para que Júpiter dé la vuelta al sol.

Los otros planetas serían realmente duros. Si transitaran, podría detectarlos con tecnología similar a la nuestra. Tendría que tener suerte porque nuestro sistema solar no es compacto como [otros descubiertos por Kepler]; Está bastante extendido. Si tienes un planeta muy cerca de su estrella, tienes una posibilidad decente, si tiene una orientación aleatoria, de que esté a lo largo de tu línea de visión. Si está muy lejos, hay muchas más posibilidades para su orientación y hay una probabilidad mucho menor si las cosas son aleatorias de que lo llevarás exactamente a lo largo de tu línea de visión.

Entonces, para que alguien vea nuestro Júpiter desde una estrella cercana, es mucho menos probable que para nosotros ver un Júpiter caliente. Solo hay una pequeña cantidad de extraterrestres que miran nuestro sistema solar y lo ven a través de tránsitos en este momento.