En el año 300 a. C. el filósofo Epicuro escribía en una carta a Heródoto: “Hay un número infinito de mundos, algunos como el nuestro, otros diferentes”.
Ya en 1584 el gran astrónomo y filósofo Giordano Bruno, que fue asesinado el 17 de febrero del año 1600 por la Iglesia Católica por herejía, sostuvo entre otras cosas, que “Existen pues, innumerables soles, existen infinitas Tierras que giran igualmente en torno a dichos soles, del mismo modo que estos siete (planetas) giran en torno a este sol que está cerca de nosotros”.
Tanto Epicuro como Bruno, a pesar de no haber tenido la oportunidad de leer el artículo científico de William Borucki y Audrey Summers de 1984 titulado El método fotométrico para detectar otros sistemas planetarios, intuían que allá afuera deberían existir otros planetas.
Los astrónomos modernos pensaban igual, pero no sabían si la existencia de planetas como el nuestro era algo común o si la Tierra era un caso excepcional en la Vía Láctea.
Lo concreto es que antes del decenio de 1990 no existía la tecnología para detectar planetas orbitando otras estrellas (llamados planetas extrasolares, exoplanetas o simplemente exos).
El descubrimiento de 51 Pegasi b
Las enanas marrones son estrellas que no poseen la masa necesaria como para iniciar los procesos nucleares que hacen que las estrellas brillen. Los astrónomos Dieder Queloz y Michael Mayor tenían como objetivo encontrar ese tipo de estrellas usando un instrumento llamado ELODIE (un espectrógrafo) del observatorio Haute-Provence, en Francia.
Queloz y Mayor intentaban medir el bamboleo experimentado por una estrella brillante provocado por el tirón gravitacional de una compañera invisible. Dicha compañera podría ser una enana marrón. En 1995 y tras un fino análisis de los datos tomados por ELODIE, se determinó que alrededor de 51 Pegasi, una estrella parecida a nuestro Sol y que se encuentra a 5 años luz, existía un exoplaneta.
El objeto descubierto se denominó 51 Pegasi b. Es un planeta gaseoso como Júpiter y posee una masa 150 veces mayor que nuestro planeta. El exoplaneta tiene un periodo orbital de 4 días y está a una distancia de 7,8 millones de km de su estrella. El 6 de octubre de 1995 Queloz y Sammer publicaron el descubrimiento en la revista científica Nature con el título A Jupiter-mass companion to a solar-type star.
51 Pegasi b se convirtió así en el primero de los exoplanetas conocidos. El hecho de que en 1995 los astrónomos ya hayan contado con un instrumento tan sensible, capaz de medir el pequeñísimo vaivén experimentado por una estrellas del tamaño de nuestro Sol y que es provocado por un objeto (que no se puede ver), que tiene menos de la mitad de la masa de Júpiter, habla de la impresionante capacidad de la ciencia para hacer mediciones.
El pequeño cabeceo de la estrellas pudo ser medido por un telescopio que está en la superficie de la Tierra a una distancia de 5,1 años luz, lo que en km equivale a un 9 seguido de 16 ceros, sin lugar a dudas es una tremenda distancia y cuesta un poco tomar conciencia de ella.
Actualmente existen miles de exoplanetas detectados, de los cuales más de 50 podrían ser «potencialmente habitables». Dicho término se encuentra ligado a la zona de habitabilidad, que son las órbitas de los exoplanetas que están a una distancia tal de su estrella que permite que exista agua en estado líquido en la superficie del exo. Estrellas muy brillantes tienen zonas habitables más alejadas y estrellas más pequeñas las tienen más próximas a sí mismas.
Métodos utilizados para la detección de exoplanetas
Velocidad Radial
Se usa el efecto Doppler para detectar el pequeño cambio de posición y el bamboleo que se produce en una estrella por el tirón gravitacional de un cuerpo que gira alrededor de ella. El efecto Doppler en las ondas sonoras es un fenómeno muy familiar, el ejemplo clásico es el de las sirenas de las ambulancias.
Cuando una ambulancia se acerca las ondas sonoras se comprimen en nuestra dirección y el sonido de la sirena se torna cada vez más agudo a media que el vehículo se acerca, en cambio cuando la ambulancia se aleja las ondas sonoras se expanden y el sonido va tomando un tono más grave.
Al analizar con un espectrógrafo la luz procedente de una estrella, se nota el efecto Doppler en el espectro de la luz. Cuando la estrella en su movimiento de vaivén se mueve hacia nosotros, el espectro se corre hacia el color azul y cuando la estrella se mueve en dirección opuesta, el espectro se corre hacia el rojo (el corrimiento al rojo indica siempre que un objeto se está alejando del observador).
Con este método fue descubierto 51 Pegasi b, el primero de todos los incontables mundos imaginados por Giordano Bruno hace más de 400 años.
Astrometría
En este método también se trata de medir las pequeñas variaciones en el movimiento de una estrella causado por uno o varios compañeros, pero en vez de usar el método Doppler se mide la variación de la posición de la estrella.
El telescopio Hubble confirmó en 2002 la existencia de un exoplaneta alrededor de la estrella Gliese 876 usando esta técnica.
Microlentes gravitacionales
La gravedad puede actuar como una lente o lupa en algunas situaciones especiales, un efecto descripto por Albert Einstein en su Teoría General de la Relatividad.
Cuando la gravedad de un exoplaneta y de una estrella se combinan, pueden aumentar la luz proveniente de la estrella, delatando de esta forma la presencia de un planeta extrasolar. Es un método poco usado, pero OGLE-2005-BLG-390Lb situado a unos 20 mil años luz de la Tierra fue descubierto así.
Binaria eclipsante
Existen estrellas que forman lo que se llama sistemas binarios, estrellas que giran una en torno a la otra. Ocurre que estas estrellas vistas desde la Tierra se eclipsan mutuamente; una pasa frente a la otra, lo que provoca una variación del brillo.
Hay casos en que los sistemas binarios tienen exoplanetas cuyas órbitas son tan grandes que giran alrededor de ambas estrellas. Cuando una estrella eclipsa a la otra y el exoplaneta se interpone en la línea de visión que hay entre nosotros y las estrellas eclipsadas, se produce una disminución de brillo de las binarias y es ahí donde podemos detectar la presencia del exoplaneta.
Los exos Kepler 16b, Kepler 34b y Kepler 35b son exoplanetas circumbinarios (giran alrededor de dos estrellas) que fueron detectados con este método. Kepler 16b es conocido popularmente con el nombre «Tatooine» por su semejanza con el mundo de dos soles del universo ficticio de Star Wars.
Detección directa
Si comparamos una estrella mediana como nuestro sol con un planeta como la Tierra, al instante nos damos cuenta que el brillo del Sol es millones de veces superior a la luz reflejada por nuestro planeta. Éste es el principal problema para fotografiar directamente un exoplaneta.
Hasta el año 2004 lograr una de estas tomas era una misión imposible, pero el Very Large Telescope en Chile logró hacer una foto infrarroja de un exoplaneta 4 veces más masivo que Júpiter orbitando una enana marrón llamada 2M1207.
La fotografía fue posible porque la estrella emite en infrarrojo y al parecer el exoplaneta es aún muy joven y también emite radiación infrarroja. Por lo tanto, el VLT los pudo captar sin problemas, pero éste es un caso muy poco común. Exoplanetas del tamaño de la Tierra siguen siendo indetectables por este método.
Tránsito
Consiste en detectar la variación de brillo que sufre la luz de una estrella cuando un exo se interpone en la línea de visión entre el observador y la estrella. Es un método que incluso un aficionado a la astronomía puede usar haciendo una mediana inversión en equipamiento óptico.
En general estos métodos tienen la desventaja de que solo se pueden detectar planetas extrasolares que se interpongan en la línea de visión que hay entre nosotros y la estrella observada.
Misión Kepler
El Kepler es un telescopio espacial de la NASA cuyo objetivo fue detectar exoplanetas y se convirtió en una de las misiones más exitosas de la agencia espacial estadounidense.
El visionario impulsor de la misión fue William Borucki, quien junto con Audrey Summer escribió en 1984 un artículo científico que describía técnicamente un método para detectar planetas extrasolares. La propuesta consistía en usar el método del tránsito para detectar exos, decían que mientras más grandes los planetas más fácil sería encontrarlos.
La idea con la que trataron de conquistar a la NASA era la de observar al mismo tiempo unas 13 mil estrellas usando unos detectores llamados CCD (los que usan los teléfonos celulares actuales para sacar fotos). Aseguraban que en promedio se podría detectar un exoplaneta por año.
En aquel entonces el proyecto no sonaba muy bien, ya que un planeta como la Tierra transitando frente al Sol hace que la luz de éste solo se reduzca en un 0,01 %, lo que estaba fuera del alcance de los detectores de aquella época.
Borucki propuso a la NASA una misión llamada FRESIP (Frequency of Earth-Size Inner Planets) que consistía en un telescopio espacial observando una región específica del espacio. El proyecto fue rechazado por la agencia en 4 ocasiones, en 1992, 1994, 1995 (luego de que personalidades como el astrónomo Carl Sagan haya solicitado el cambio de nombre de la misión, que pasó a llamarse Kepler) y 1998.
Pero afortunadamente William Borucki no se dio por vencido y la historia tuvo un final feliz. La NASA aceptó la misión Kepler en año 2001 y tras varios recortes de presupuesto, un cohete Delta II despegó un 7 de mayo de 2009 llevando al espacio al telescopio Kepler.
Kepler tiene un espejo primario de 1,4 metros, su campo de visión es de 100º, mira fijamente la constelación del Cisne con sus 42 detectores CCD, los cuales pueden medir la luz de unas 170 mil estrellas.
En 2013 se produjo un fallo en el sistema de orientación del telescopio y ya no pudo continuar con su misión, pero la NASA espera darle otros usos a este cazador de exoplanetas.
En los catálogos de la misión Kepler existen unos 4.646 candidatos a planetas extrasolares, de los cuales aproximadamente 2.325 están confirmados, datos que hacen del Kepler el más exitoso descubridor de exoplanetas.
Casos resaltantes
Próxima Centauri b o Próxima b es un exoplaneta que orbita la estrella más cercana a nuestro sol y su descubrimiento ha causado gran revuelo mediático. Próxima Centauri es una estrella enana roja que tiene solo 12% de la masa del Sol y una luminosidad del 15% de nuestra estrella. Se encuentra en nuestra vecindad estelar, a unos 4 años luz de distancia.
Se estima que Próxima b está dentro de la zona habitable, tiene tamaño y masa parecidos a nuestro planeta, tarda 11 días en girar alrededor de su estrella y dista de ella unos 7,5 millones de km.
Aún no hay datos sobre su atmósfera o sobre su superficie.
El sistema Trappist-1
Es un sistema en el cual se han detectado 7 exoplanetas, 3 en la zona habitable y 4 fuera de ella. Trappist-1 es una estrella enana roja situada a unos 40 años luz de la Tierra. Los exos que conforman el sistema solar orbitan muy cerca de la estrella.
Dos nuevos estudios del Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics indican que la radiación procedente de la estrella podría haber dejado a los exoplanetas sin atmósfera, algo parecido a lo que pasó con Marte.
Sensacionalismo planetario
Hay que poner mucha atención cuando los medios lanzan noticias sobre el descubrimiento de un planeta extrasolar igual a la Tierra. Esta clase de titulares con imágenes de planetas con océanos, nubes y vegetación pertenece al mundo de la fantasía y no al de la ciencia.
El anuncio sobre el Exo Gliese 581 g apareció en los medios con bombos y platillos, la información mostraba el primer planeta extrasolar parecido a la Tierra. Lo llamaban “gemelo de la Tierra” y muchos especulaban sobre su clima y sus océanos, pero el astrónomo suizo Francesco Pepe cuestionó el descubrimiento y afirmó que Gliese 581 b no existía.
En 2011 se confirmó lo que decía Pepe, así que nuestro planeta gemelo dejó de existir.
Otro caso sonado es el del exoplaneta Alfa Centauri Bb, otro de los exos que acaparó titulares en 2012 y que finalmente terminó por desaparecer.
Uno no puede inferir todo lo que nos muestran los medios en las imágenes de exoplanetas como la Tierra a partir de las mediciones de la luz. Hay que tener en cuenta que lo que se hace es analizar la luz de una estrella que tiene una variación de brillo de una parte en 10 mil y que dicha estrella por lo general está a decenas o centenas de años luz. No tenemos datos de la atmósfera ni de la superficie, solo una pequeña variación en la intensidad de la luz que nos llega.
Aun así, esa variación de la luz y el periodo de la variación nos dice con un buen grado de certeza la masa, el periodo de rotación y la distancia a la cual el exoplaneta se encuentra de su estrella, datos que se pueden replicar por grupos independientes de astrónomos. Una vez hecho esto, la comunidad científica nos puede decir qué tipo de planeta extrasolar es el que se ha confirmado y qué características podría tener.
Según el Open Exoplanet Catalogue existen 3.468 exoplanetas confirmados al 20 de julio de 2017. Los planetas potencialmente habitables son 52, al 17 de julio, según el Habitable Exoplanet Catalogue. De éstos, 21 son del tamaño de nuestro planeta, 30 son supertierras o minineptunos y solo 1 es más pequeño que nuestro planeta.
A medida que afinemos nuestros instrumentos de detección conoceremos más sobre El Infinito Universo y los Mundos.
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Columnista de astronomía y cosmología de Ciencia del Sur. Es un reconocido analista de sistemas informáticos y divulgador astronómico paraguayo. Egresado de la Facultad Politécnica de la Universidad Nacional de Asunción, fue miembro del Club de Astrofísica del Paraguay y fundador y secretario del Centro de Difusión e Investigación Astronómica (CEDIA). Construyó en 2003 un telescopio newtoniano y dictó varias charlas y conferencias por el Año Internacional de la Astronomía. Fundó el Foro Paraguayo de Astronomía, AstroPy.
Excelente artículo. Solo que 51 Pegasi se encuentra a 50 años luz del Sistema Solar, no a 5.