Estem solos en l'univers?

2002/11/16 Kortabarria Olabarria, Beñardo - Elhuyar Zientzia

• Astrofisika
• Astronomia

Sovint s'ha preguntat per l'home. En va, fora de la Terra mai s'han trobat restes de vida. I està buscant. Els telescopis més potents en la Terra i en l'òrbita de la Terra exploren els llocs més allunyats. L'objectiu ara és exoplanetes, és a dir, planetes fora del Sistema Solar. Ja s'han trobat 100 i amb un univers tan ampli es trobaran molt més. Hi ha algú més? Encara és massa aviat per a respondre.

La notícia de l'últim planeta, més enllà del Sistema Solar, arriba amb la tardor. Segons les dades disponibles, aquest planeta és de grandària similar al de Júpiter. Cada quatre anys gira al voltant de l'estrella Tau 1 Gruis. Està a 100 anys llum de la Terra i a gairebé 500.000.000 de quilòmetres de la seva estrella.

Les notícies sobre l'últim exoplaneta han arribat amb el vent sud de la tardor, malgrat l'interès que ja s'ha mostrat en aquest tema. I és que en la història de la humanitat no han estat pocs els físics i científics que han volgut saber si estem sols o no en l'univers. Han passat 2000 anys des que va viure el filòsof Epicur. Ell va deixar escrita la seva hipòtesi: "en l'univers hi ha molts mons com el nostre, amb civilitzacions similars". Han passat dos mil·lennis per a trobar els primers exoplanetes, però de moment no s'assemblen molt als nostres.

La cerca sistemàtica d'exoplanetes va començar en 1988 en dues universitats estatunidenques, però el descobriment és de fa pocs anys. El primer exoplaneta va ser descobert pels francesos Michel Mayor i Didier Queloz en 1995 en l'observatori d'Haute-Provence a França. 51 Es va dir Pegues. Encara que van trobar el planeta, encara no s'ha pogut veure ni ell ni cap altre exoplaneta. Després de tenir en compte algunes dades i mesuraments, es va concloure que existia exoplaneta.

Fins fa poc els científics no han tingut ni tècnica ni eines adequades per a trobar exoplanetes. Quan van posar en òrbita el telescopi espacial Hubble, van començar a observar les zones en les quals es formen les estrelles. Com a resultat d'aquestes observacions, en 1990 es va anunciar el descobriment de planetes girant al voltant de les polseres. Els premessis són estrelles compactes que giren ràpidament i emeten radiació electromagnètica en girar. Si la direcció de l'eix de gir de les estrelles és correcta, aquesta radiació també pot ser detectada des de la Terra. En aquest cas la predicció va ser errònia perquè les dades no es van prendre correctament. No obstant això, els planetes que giren al voltant de les polseres han aparegut posteriorment.

Encara que només s'han trobat 100 exoplanetes, és evident que moltes de les estrelles tenen planetes al seu voltant. Encara no se sap massa d'aquests planetes, ja que converteix les llums de les estrelles en gairebé invisibles. La majoria són similars a Júpiter, però això pot haver-se d'en gran manera al mètode de cerca, ja que és més fàcil trobar planetes amb major massa. Les observacions que s'han realitzat entorn dels exoplanetes determinen relativament clarament les òrbites d'aquests planetes, i el més sorprenent és la gran excentricitat.

L'excentricitat de la majoria dels planetes del Sistema Solar és molt baixa, és a dir, la seva òrbita és gairebé dues rIbilos. No obstant això, la majoria dels exoplanetes tenen òrbites molt més el·líptiques. Segons les dades disponibles en l'actualitat, no es pot dir que hi ha més o menys exoplanetes que en una zona del firmament. És més, si es fa un mapa de situació dels exoplanetes oposats, s'observa que estan dispersos per l'espai sense cap ordre, sempre entorn d'alguna estrella. Tenint en compte aquestes dades, difícilment es pot dir alguna cosa sobre el nombre d'exoplanetes, ja que a pesar que s'ha utilitzat l'eina més recent, només s'han trobat els més grans exoplanetes. Això no significa que no hi hagi planetes més petits.

Com es formen els sistemes planetaris?

El descobriment d'exoplanetes ha obert noves dades i vies per als científics que investiguen com es formen els sistemes planetaris. Segons la teoria més estesa sobre aquest tema, una vegada contreta la boira que forma l'estrella principal, es forma un disc protoplanetari que produirà la condensació dels protoplanetas. Aquests protoplanetas recullen a poc a poc el material fins que, anys després, es formen els planetes.

El primer disc protoplanetari va ser descobert en 1983, al voltant de l'estrella Beta Pictoris i a una distància de 61,5 anys llum. Des de llavors, el treball del telescopi espacial Hubble ha permès identificar més discos al voltant de les estrelles. En tractar-se d'un fenomen relativament nou, es considerava que aquest tipus de discos eren relativament escassos. No obstant això, la realitat és diferent, s'han trobat bastants discos girant al voltant de les joves estrelles. Fins llavors no es veia perquè era poc, sinó perquè no disposava dels equips adequats per a realitzar les observacions. De fet, el Telescopi Espacial Hubble és la principal eina que està descobrint els discos protoplanarios. Per a això, observa els llocs on neixen les estrelles, les nebuloses.

Segons les teories actuals, no es poden formar planetes gegants prop de les estrelles. No obstant això, molts dels planetes que s'han trobat tenen la mateixa massa que Júpiter, que són gegants, i estan molt més prop de l'estrella que el que diuen la majoria de les teories. L'única explicació d'aquesta contradicció és que aquests planetes gasosos es van formar molt més lluny de l'estrella i a poc a poc s'han desplaçat cap a l'interior del sistema, l'estrella. Això s'ha pogut comprovar amb alguns cometes.

Encara que el primer disc protoplanetari va ser descobert en 1983, el primer sistema planetari fora del Sistema Solar es va identificar en 1998. Per a llavors els científics ja sabien que hi havia un planeta al voltant de l'estrella Upsilon Andromedae. Les dades del moviment d'aquest planeta feien pensar que podia haver-hi més planetes al voltant. En 1998 els científics van comprovar que al voltant de l'estrella Upsilon Andromedae hi havia tres planetes. Dos d'aquests tres planetes es troben relativament prop de l'estrella i el tercer més lluny.

Altres astres relacionats amb els exoplanetes són nans marrons. Són estrelles, però per la seva petita massa no són capaces de desenvolupar reaccions nuclears internes, mentre que les estrelles típiques sí. Llavors, quina diferència tenen els planetes i els nans marrons? En la base està en procés de formació de la zona. Les estrelles nanes marrons es formen com a conseqüència de la condensació dels núvols de gas, mentre que els planetes són conseqüència del disc que queda després de la formació de l'estrella. La primera estavella nana marró va ser descoberta en 1995 pels científics de l'observatori del Teide. Per descomptat, des de llavors s'han pogut trobar més estavelles nanes marrons i veure-les amb telescopis infrarojos, però en cas contrari no és visible, ja que tenen molta més lluminositat que els planetes. Per tant, les estavelles nanes marrons són ponts entre les estrelles i els planetes, ja que indiquen que poden formar-se astres d'aquesta grandària.

Com es detecten els exoplanetes?

Dins de les estrelles es produeixen reaccions nuclears, per això tenen llum pròpia, mentre que els planetes a penes emeten radiació pròpia. Per això, per a poder veure els planetes és necessari que es produeixi en l'estrella i que es rebi la llum reflectida en els planetes. No obstant això, les estrelles brillen molt i moltes vegades aquesta lluentor cobreix el reflex de les llums dels planetes que giren voltant. El Sol, a la vista, és un bilió de vegades més clar que qualsevol planeta. Però si es mira aquesta mateixa llum amb telescopis infrarojos, envia un milió de vegades menys energia. Per tant, si es vol realitzar una observació directa, el lògic és utilitzar telescopis infrarojos.

No obstant això, encara no s'ha pogut veure directament l'exoplaneta, per la qual cosa els primers assajos s'han realitzat sobre la base d'altres dades. Els majors i millors telescopis estan en construcció, per la qual cosa s'espera que en el futur els planetes puguin veure's en directe. Llavors, amb altres tècniques, es podrà conèixer quines són les principals característiques de l'atmosfera i quins són els components del sòl dels planetes. Ara s'utilitzen astrometrías, sistemes basats en l'efecte Doppler, trànsit de planetes, observacions directes i irregularitats en els períodes de les polseres.

Un dels sistemes de cerca d'exoplanetes es basa en les pertorbacions que aquests planetes provoquen en l'estrella principal. La posició de les estrelles en el cel és bastant fixa, però incompleta. Les estrelles tenen un moviment propi, un moviment mesurable. Segons la llei gravitatòria de Newton, qualsevol cosa que tingui massa produeix una certa força d'atracció sobre les altres coses. Per això, el més just és pensar que els exoplanetes intentaran atreure a l'estrella principal. Per tant, si en les estrelles s'identifiquen moviments d'oscil·lació, això significa que hi ha alguna cosa que gira voltant. No obstant això, el seu ús requereix d'una gran quantitat i precisió de mesuraments. Les observacions basades en l'efecte Doppler són més fiables. En aquestes observacions també es mesura el moviment, els canvis en la freqüència de les ones del moviment. Amb els mesuraments dels canvis de moviment es fa el mateix.

També és possible detectar exoplanetes cuidant el pas dels planetes. Amb les eines i tècniques actuals no es poden veure els exoplanetes, entre altres coses perquè els exoplanetes emeten molt poca llum. No obstant això, si en rotació el planeta passa per davant de l'estrella principal, la lluentor d'aquesta serà menor, per la qual cosa es notarà. Aquest efecte només és perceptible si el planeta passa entre la Terra i l'estrella quan la inclinació de l'òrbita és de 90 graus des de la Terra. Si els canvis en la lluentor de l'estrella són conseqüència del pas dels planetes, aquests han de ser cíclics, depenent del període de translació del planeta.

A més d'aquestes observacions indirectes, també s'estan realitzant observacions directes per a trobar exoplanetes. Per aquesta via encara no s'han obtingut resultats, però apareixeran algun dia. Els telescopis són cada vegada més grans, amb major capacitat de detecció de llum. No obstant això, la grandesa té límits, ja que si els miralls són massa grans les estructures no suporten correctament el pes i les observacions no són precises. A causa de les limitacions en la magnitud, s'estan desenvolupant sistemes de col·laboració entre telescopis, però encara hi ha algun problema de coordinació.

També està fent el camí dels telescopis espacials, encara que és molt car. I finalment, queda la possibilitat de realitzar potents telescopis infrarojos. A mesura que s'avança en totes aquestes vies, i amb la utilització conjunta de les tècniques esmentades, les possibilitats d'observació visual dels exoplanetes augmentaran considerablement.

Publicat en l'apartat D2 de Deia.