Si miras el cielo en una noche despejada, puedes estar seguro de lo que nuestros antepasados ni siquiera sospechaban: al menos un planeta gira alrededor de casi todas las estrellas.
Los mundos en las órbitas de otras estrellas se denominan "exoplanetas" y van desde gigantes gaseosos gigantes más grandes que Júpiter hasta pequeños planetas rocosos como la Tierra o Marte. Los planetas distantes pueden estar lo suficientemente calientes como para que el metal se derrita en sus superficies o bolas de nieve heladas. Muchos de ellos giran tan rápida y estrechamente alrededor de sus estrellas que su año dura varios días terrestres. Algunos pueden tener dos soles. También hay vagabundos expulsados de sus sistemas, aquellos que deambulan en la oscuridad por la galaxia.
La Vía Láctea es una gran familia de estrellas, que abarca aproximadamente 100.000 años luz. Su estructura en espiral contiene alrededor de 400 mil millones de habitantes, y nuestro Sol se encuentra entre ellos. Si cada una de estas estrellas no tiene un planeta en su órbita, sino varios, como en el sistema solar, entonces el número de mundos en la Vía Láctea es simplemente astronómico: la cuenta llega a billones.
Los sistemas estelares que viven en la Vía Láctea. Crédito: ESA / Hubble / ESO / M. Kornmesser.
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Durante varios siglos, la humanidad ha estado pensando en la posibilidad de la existencia de planetas alrededor de estrellas distantes, y ahora decimos con confianza que sí existen mundos extrasolares. Nuestro vecino más cercano, Proxima Centauri, recientemente descubrió un planeta rocoso, y probablemente no esté solo. La distancia hasta él es de aproximadamente 4,5 años luz o 40 billones de kilómetros. Sin embargo, la mayoría de los exoplanetas encontrados se encuentran a cientos o miles de años luz de distancia.
Malas noticias: todavía no tenemos forma de llegar a ellos. La buena noticia es que podemos mirarlos, estimar temperaturas, “sentir” la atmósfera y quizás pronto descubramos signos de vida ocultos en la tenue luz de estos mundos distantes.
El primer exoplaneta en entrar en la arena mundial fue 51 Pegasi b, un "Júpiter caliente" a 50 años luz de distancia, que orbita una estrella en 4 días terrestres. El punto de inflexión después del cual los planetas extrasolares se convirtieron en algo común llegó en 1995.
Representación artística de Júpiter caliente. Crédito: ESO.
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Antes del 51 Pegasi b, había varios candidatos. El exoplaneta conocido hoy como Tadmor fue descubierto en 1988. Aunque su existencia fue cuestionada en 1992 debido a evidencia insuficiente, diez años después, observaciones adicionales confirmaron que un planeta orbitaba alrededor de Gamma Cepheus A. Luego, en 1992, se descubrió un sistema de "planetas púlsar". Estos mundos giran alrededor de una estrella muerta, el púlsar PSR 1257 + 12, que se encuentra a 2.300 años luz de la Tierra.
Ahora vivimos en un universo de exoplanetas. Su número aumenta constantemente y, en este momento, el número de planetas confirmados fuera del sistema solar ha cruzado la línea de 3700, pero en la próxima década, el calendario puede saltar a decenas de miles.
¿Cómo llegamos a esto?
Estamos al borde de grandes descubrimientos. La era de la exploración temprana y los primeros exoplanetas confirmados prepararon el escenario para la siguiente fase: la búsqueda de mundos distantes con telescopios más "vigilantes" y sofisticados en el espacio y en la tierra. A algunos de ellos se les asignó la tarea de realizar un censo de población preciso, calculando los distintos tamaños y tipos de exoplanetas. Otros escudriñan mundos individuales, sus atmósferas y su potencial para sostener la vida.
La visualización directa de exoplanetas, es decir, sus imágenes reales, está jugando un papel cada vez más significativo, aunque los científicos han alcanzado el nivel actual de conocimiento principalmente por medios indirectos. Los dos métodos principales son las oscilaciones y los eclipses.
Animación compilada a partir de imágenes de cuatro exoplanetas masivos que orbitan la joven estrella HR 8799. Crédito: Jason Wang / Christian Marois.
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El primero se basa en fijar distintas oscilaciones de estrellas bajo la influencia de la gravedad de un planeta en órbita. Estas desviaciones caracterizan la masa del exoplaneta. El método permitió confirmar los primeros candidatos, incluidos 51 Pegasi b, y en total, midiendo la velocidad radial, se descubrieron alrededor de 700 mundos.
Pero la gran mayoría de exoplanetas se encuentran mediante el método de tránsito, que se basa en capturar una gota increíblemente diminuta en la luminosidad de una estrella cuando un planeta cruza su disco. Esta estrategia de búsqueda indica el tamaño del objeto. El Telescopio Espacial Kepler de la NASA, lanzado en 2009, ha encontrado alrededor de 2.700 exoplanetas confirmados de esta manera. Todavía está descubriendo nuevos mundos hasta el día de hoy, pero, desafortunadamente, su búsqueda terminará pronto, ya que se está acabando el combustible.
Cada método tiene sus pros y sus contras. La medición de la velocidad radial muestra la masa del planeta, pero no proporciona información sobre su diámetro. El tránsito habla del tamaño del mundo extrasolar, pero no permite determinar la masa.
Pero, cuando se utilizan varios métodos juntos, podemos obtener datos importantes sobre el sistema planetario sin visualización directa. El mejor ejemplo es TRAPPIST-1, a unos 40 años luz de distancia, en el que siete planetas del tamaño de la Tierra orbitan alrededor de una pequeña enana roja.
Planetas que orbitan alrededor de la enana roja ultrafría TRAPPIST-1 en comparación con la Tierra. Crédito: ESO / M. Kornmesser.
La familia TRAPPIST-1 ha sido estudiada por telescopios terrestres y espaciales. La investigación ha demostrado no solo los diámetros de los siete planetas densamente empaquetados, sino también sus sutiles interacciones gravitacionales entre sí. Ahora que conocemos sus masas y diámetros, podemos estimar la temperatura en la superficie e incluso adivinar el color del cielo en cada uno de ellos. Si bien aún se desconoce mucho sobre estos siete planetas, incluso si están cubiertos de océanos o una corteza de hielo, TRAPPIST-1 se ha convertido en el sistema estelar más estudiado además del nuestro.
¿Que sigue?
El siguiente paso será una nueva generación de telescopios espaciales. En primer lugar, TESS, cuyo lanzamiento está programado para el 16 de abril de 2018. Este moderno instrumento realizará un estudio casi completo de las estrellas brillantes cercanas en busca de planetas en tránsito.
TESS seleccionará a los mejores candidatos para una inspección más cercana por parte del Telescopio Espacial James Webb, que irá al espacio en 2020. El sucesor del Hubble, con su enorme espejo, recogerá luz directamente de los propios planetas, que luego se puede descomponer en un espectro, una especie de código de barras que muestra qué gases están presentes en la atmósfera del exoplaneta. Los principales objetivos del telescopio serán las "super-Tierras".
"Hunter" para exoplanetas TESS. Crédito: NASA.
En la actualidad, se sabe poco sobre esta clase de mundos extrasolares, incluso si son habitables. La razón de esto es la falta de análogos de la super-Tierra en el sistema solar. Si tenemos suerte, uno de ellos mostrará signos de oxígeno, dióxido de carbono y metano en su atmósfera. Sin embargo, la búsqueda de atmósferas de planetas del tamaño de la Tierra tendrá que posponerse hasta la próxima generación de telescopios espaciales en la década de 2030.
Gracias al telescopio Kepler, ahora sabemos que las estrellas sobre nosotros están rodeadas de planetas. Y podemos estar seguros no solo de una gran variedad de vecinos exoplanetarios, sino también de que la aventura apenas comienza.
Roman Zakharov
