Cómo cazar un planeta extrasolar
Desde el descubrimiento del primer planeta extrasolar, en 1995, la comunidad científica se encuentra inmersa en la búsqueda de más mundos de este tipo. A día de hoy, los resultados son excelentes: más de 770 planetas catalogados hasta la fecha. Al principio fueron planetas tan grandes como Júpiter, pero las nuevas técnicas han logrado localizar otros más pequeños, del tamaño de la Tierra. Ahora falta lo más difícil, identificar cuáles de éstos son habitables.
Dos astrofísicos, Michel Mayor y Didier Queloz, recibieron el pasado mes de junio el premio Fronteras del Conocimiento en Ciencias Básicas, que otorga la fundación BBVA. El galardón fue concedido en reconocimiento a su labor investigadora en la búsqueda de nuevos mundos, los exoplanetas. Ambos científicos son pioneros en este campo, puesto que descubrieron el primer planeta externo a nuestro Sistema Solar.
En 1995, Michel Mayor y el entonces doctorando Didier Queloz trabajaban juntos en la Universidad de Ginebra. Queloz había realizado un análisis en 51 Pegasi, una estrella situada a 47,9 años luz de distancia a la Tierra. Utilizando las mediciones de velocidad radial, se sorprendió al encontrar alteraciones en esta medición cuya única explicación era la de que existiera un compañero invisible de la estrella: un planeta. Se trataba de un gigante gaseoso, cientos de veces mayor que Júpiter, con un período orbital de 4,2 días. El descubrimiento de este primer planeta extrasolar fue anunciado el 6 de octubre de 1995 por Mayor y Queloz en la revista Nature.
La existencia de 51 Pegasi b, y que bautizaron informalmente como Belerofonte, se confirmó a través de múltiples observaciones y, aquel ejercicio de análisis que el entonces estudiante de doctorado Queloz estaba realizando para perfeccionar sus habilidades, marcó un hito en la historia de la astronomía y de la ciencia.
El primer intento: la estrella de Barnard
Pero el anuncio de Mayor y Queloz no fue el primero. Durante muchos años se consideró que la estrella de Barnard podía tener un planeta extrasolar. Varias décadas antes, en 1963, el astrónomo Peter van de Kamp había realizado medidas astrométricas precisas del movimiento de esta estrella, y en ellas se podía apreciar un movimiento aparente de la estrella perturbado por lo que podría ser un planeta de tipo joviano. Tendría 0,0015 de la masa solar o 1,6 veces la masa de Júpiter. Un análisis más completo, publicado en 1969, ofrecía una nueva explicación a su movimiento perturbado: dos planetas (con masas iguales a 1,1 y 0,8 la masa de Júpiter) que giraban con períodos iguales a 26 y 12 años respectivamente.
Para complicar las cosas, un nuevo análisis de los datos de Van de Kamp, efectuado en 1973 por Jensen y Ulrych, parecía mostrar la presencia de varios planetas con masas reducidas y períodos de traslación más cortos. Sin embargo, un estudio publicado ese mismo año por Gatewood y Eichhorn demostró la incapacidad de comprobar la existencia de estos planetas por otros equipos, usando instrumentos y técnicas diferentes.
En los años 80, otros equipos habían medido también durante varios años y con mayor precisión el movimiento aparente de la estrella descartando la hipótesis de los planetas. Todavía en 1982 un nuevo análisis de Van de Kamp de mediciones astronómicas realizadas en el intervalo 1938-1981 produjo un nuevo resultado, distinto a los anteriores: dos planetas con masas iguales a 0,7 y 0,5 masas jovianas con períodos de traslación de 12 y 20 años. Tres años más tarde, Fredrick e Ianna publicaron nuevos resultados, de mayor precisión y exactitud, con los que demostraban la no existencia de estas perturbaciones y, por tanto, la de los presuntos planetas.
Van de Kamp falleció en mayo de 1995, sin que pudiera conocer el descubrimiento de 51 Pegasi-b, un planeta confirmado alrededor de otra estrella, y que marcó un antes y un después en la investigación astronómica.
Una lista que no para de crecer
51 Pegasi-b supuso que la comunidad científica mundial se tomase en serio la búsqueda de otros planetas externos. Hasta entonces, la posibilidad de existencia de nuevos mundos no pasaba de ser una mera conjetura estadística, cuestión que la comunidad científica no se planteó abordar hasta el hallazgo de los astrónomos suizos. Y los resultados no se hicieron esperar. Poco después del descubrimiento de Mayor y Queloz, Geofrrey Marcy, científico de la Universidad de California, anunció el descubrimiento de dos nuevos planetas extrasolares.
Desde entonces, universidades, agencias gubernamentales e incluso astrónomos aficionados se han unido en el empeño de esta búsqueda de nuevos mundos. Su resultado ha sido la localización y catalogación de un número considerable de exoplanetas. En el año 2000 se habían identificado 200 y, diez años más tarde, la cifra llegó a 500. A día de hoy, el número de planetas registrado asciende a más de 700.
El éxito de esta trepidante búsqueda no solo se debe al empeño de los astrónomos de todo el mundo, sino al avance en los instrumentos empleados y a las nuevas técnicas. Se han desarrollado sistemas automáticos en tierra, ubicados en observatorios astronómicos convencionales, así como en órbita, como el conocido Hubble, el Spitzer o el exitoso Kepler.
En cuanto a los métodos empleados, cada vez son más complejos y precisos. Los primeros ‘cazadores de planetas’ midieron las pequeñas perturbaciones gravitatorias en las estrellas observadas. A partir de éstas, se puede determinar el tamaño de planeta encontrado y su posición relativa a la estrella, algo muy importante para determinar si el objeto estudiado es habitable. Sin embargo este método no es capaz de detectar planetas mucho mayores que la Tierra.
Los cazadores SuperWASP y HARPS
También se emplean técnicas como medir la luminosidad de las estrellas, que disminuye cuando el planeta pasa por delante. Este método es el que emplea el satélite europeo Corot. Además, se han desarrollado sistemas automáticos de búsqueda, como el proyecto SuperWASP (Búsqueda Gran Angular de Planetas) que consiste en un sistema de búsqueda automatizada de planetas extrasolares. SuperWASP consta de dos observatorios robóticos, el SuperWASP-North que se encuentra en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en la isla La Palma (Islas Canarias) y SuperWASP-South en el Observatorio Astronómico Sudafricano.
Cada uno de ellos se compone de un conjunto de ocho lentes de 200 milímetros de distancia focal, respaldados por cámaras CCD de alta calidad de 2000×2000 pixeles de resolución. Su objetivo final es cubrir todo el firmamento, analizando estrellas de hasta magnitud 15. Desde septiembre de 2006 hasta la fecha, SuperWASP ha descubierto 39 planetas gigantes gaseosos similares a Júpiter,.
Un sistema más preciso, o dicho de otro modo, que permite identificar mundos más pequeños, es el HARPS. Este espectrógrafo de alta precisión fue inaugurado en 2003 y está instalado en el observatorio ESO en La Silla, Chile. Recientemente se ha inaugurado otro sistema HARPS, para el hemisferio norte, en el IAC.
Fue noticia por ser empleado en la investigación de las “SuperTierras” que se hizo público en abril de 2012. Se trata de planetas rocosos 2,5 veces que nuestro mundo y que orbitan alrededor del 40 % de las estrellas rojas, las más comunes en nuestra galaxia. Aparte, HARPS ya había descubierto más de 40 planetas, entre ellos el Gliese-581d, en 2007. Aunque Gliese 581 d orbita fuera de la zona de habitabilidad de su estrella, hay científicos que aseguran que podría soportar vida.
Kepler y su equipo
Pero de todos los proyectos de caza de exoplanetas, el más exitoso es, sin duda, la misión Kepler. La NASA emprendió en 2009 este proyecto, bautizado en honor del famoso astrónomo, destinada a la búsqueda de planetas más pequeños que Júpiter. Kepler se une a los 15 proyectos que la administración norteamericana ha emprendido, sumándose al esfuerzo común de la comunidad científica en la búsqueda de otros mundos.
“La misión Kepler, por primera vez, permite a los humanos examinar nuestra galaxia por planetas del mismo tamaño que la Tierra o planetas aún más pequeños,” según palabras del investigador William Borucki de la NASA.
En diciembre de 2011, la agencia anunció que el número de candidatos detectados hasta la fecha ascendía a 2326. De ellos, 207 tendrían un tamaño similar a la Tierra, aunque sólo uno (Kepler-22b) estaba confirmado.
Y no solo Kepler está en esta labor. El pasado 19 de julio la agencia creía haber detectado un planeta, el UCF-1.01, de un tamaño equivalente a dos tercios de la Tierra. El descubrimiento se producía gracias al telescopio Spitzer, concebido inicialmente para estudiar objetos fríos que van desde el Sistema Solar exterior hasta los confines del universo.
Además, otro nuevo aparato promete futuros descubrimientos. El JWST, proyecto con el que nuestro país también colabora, será el telescopio espacial con mayor diámetro que operará en el infrarrojo medio y cercano y podrá explorar los confines del universo, detectando y caracterizando las primeras galaxias. Permitirá también investigar los estadios iniciales de la formación de estrellas así como la formación de discos planetarios alrededor de las mismas y analizar y caracterizar la complejidad química de las atmósferas de exoplanetas. Se dará así un paso más en la investigación exoplanetaria, con la identificación de planetas habitables.
¿Habitables?
Con multitud de planetas nuevos sobre la mesa lo que se busca ahora es cuales de éstos (y de los que se encuentren en un futuro) pueden ser habitables. Lo serían si su masa es suficiente como para que su atracción gravitatoria pueda retener una atmósfera y su temperatura sea la adecuada para permitir tener agua líquida. La forma de averiguar esto último es identificando la posición relativa del planeta respecto a su estrella, dentro de una región llamada habitable. En nuestro sistema solar, la franja habitable está evidentemente ocupada por La Tierra, y abarca desde Venus hasta Marte. Más cerca de Venus, el agua estaría tan caliente que se evaporaría de inmediato, mientras que más allá de Marte, el agua estaría siempre en forma de hielo.
En esta búsqueda solamente se han identificado cinco planetas potencialmente habitables. Uno es Gliese 581g, descubierto en 2010 y puesto en duda casi una semana después. Gracias a nuevos datos del HARPS, se ha vuelto a considerar como posible candidato. Así, los astrónomos han definido un parámetro, el índice de ISE que mide el parecido del planeta estudiado con la Tierra, en una escala de 0 a 1. Gliese 581g tendría un índice de 0,92, luego su ‘candidatura’ está justificada.
Y por si alguien se puede plantear como posible la idea de una colonización de esos planetas, solo un dato.Si quisiéramos viajar por ejemplo a Gliese 581g, que se encuentra a 20,3 años luz de la Tierra, con los medios de propulsión actuales se tardaría alrededor de 369.000 años. Lo más lejos que ha llegado un objeto fabricado por la humanidad es a 0,002 años luz de la Tierra después de 33 años de viaje, la Voyager 1.
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