Exoplanetas. Buscando parecidos en el espacio

2011/09/01 Lakar Iraizoz, Oihane - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Kepler-11 es uno de los grandes descubrimientos del telescopio Kepler, un sistema de al menos seis planetas que gira alrededor de una estrella similar al Sol. Ed. : NASA/Tim Pyle.

Se llama exoplaneta a los planetas extrasolares y, como dice el astrofísico Enric Pallé del Instituto Canario de Astrofísica, "en este momento, todos los días se encuentran nuevos exoplanetas, no me sorprendería si dentro de cinco años conociéramos 20-25 mil exoplanetas".

La mayoría de los exoplanetas que se conocen, y que se conocerán a partir de ahora, son gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno, "porque, si no, se detectan más fácilmente --explica Pallék--, de hecho, los dos tercios de los planetas que conoceremos serán de este tipo de gigantes".

Para Rafael Bachiller, director del Observatorio Nacional de Astronomía, "no es de extrañar que los primeros que se identifican sean los planetas más grandes. Es más, teniendo en cuenta que no se identifican por observación directa, sino por las perturbaciones que afectan a su propia estrella". Es decir, si al mirar a una determinada estrella se miden incidencias en su órbita o en su luminosidad, se interpreta que tiene algún planeta alrededor.

De hecho, si una estrella tiene a su alrededor un planeta, su fuerza de gravedad puede atraer a la estrella y desviarla un poco de la órbita normal. De la misma manera, si un planeta pasa a la altura de su estrella, ésta dará una menor luminosidad debido al pequeño eclipse provocado por el planeta, conocido en astronomía como el tránsito. Por tanto, cuanto más grande sea un planeta y más cerca esté de su estrella, más evidente será su influencia en ella.

Kepler, buscador específico de planetas

En 2009 la NASA puso en órbita el telescopio Kepler y no le asignó más trabajo que buscar exoplanetas. Kepler observa los tránsitos y mira todo el tiempo a la zona donde se encuentran las constelaciones de Lyra y Cygnus. De este modo, analiza constantemente a más de 100.000 estrellas, si en alguna ocasión detecta alguna anomalía en su luminosidad. El telescopio dispone de un fotómetro de casi un metro que le permite detectar cambios de luminosidad con una resolución de 1/10.000. Por ejemplo, sería capaz de detectar la caída de luz en la luz que emiten 10.000 bombillas si una de ellas se apagara.

Un planeta gigante de gas (el hot Júpiter) que gira en torno a su estrella durante diez horas. Ed. : NASA, ESA, A. Schaller (SISCI).

Kepler no ha sido la única misión que ha encontrado planetas fuera del sistema solar. Otras misiones y proyectos han permitido encontrar los exoplanetas conocidos hasta el momento, como AFOE, CoRoT, AXA y Spitzer. A diferencia de Kepler, también realizan mediciones y observaciones para otros fines. Se trata de una misión que ha requerido grandes inversiones y en la que circulan dispositivos de gran capacidad. Por lo tanto, "no es viable que un telescopio de ocho metros con un coste de millones de euros, por ejemplo, se refiera únicamente a una pequeña zona del espacio", explica Pallé.

Para él, Kepler es, por su dedicación, "la misión que más información está dando sobre los exoplanetas". De hecho, encontró 1.325 planetarios en el primer cuatrimestre en el que trabajó. Por el momento, la mayoría son sólo planetarios, ya que no han podido confirmar la disminución de luminosidad medida por Kepler que realmente ha sido provocada por algún planeta u otro fenómeno. Sin embargo, los expertos prevén que aproximadamente el 90% de los planetas serán auténticos.

Aunque el objetivo de Kepler es buscar todos los planetas de la zona, la NASA tiene un reto especial con este proyecto: Busca especialmente planetas parecidos a la Tierra y, en la medida de lo posible, que se encuentren a una distancia adecuada de la estrella para ser vivos (es decir, que en caso de tener agua, puedan tener ese agua en estado líquido). De hecho, los expertos en general afirman que el objetivo último de todas las investigaciones relacionadas con los exoplanetas es aclarar mediante métodos científicos si estamos solos o no en el universo. Y, para Enric Pallé, "la nuestra será la primera generación con herramientas para responder a esta pregunta". Paralelamente, quieren comparar nuestro planeta con nuestro sistema solar y ver si son fenómenos raros o muy comunes en el universo.

Cuando pusieron en marcha la misión Kepler, los investigadores pensaron que la mejor manera de encontrar planetas parecidos a la Tierra sería mirar estrellas similares al Sol. Sin embargo, "una de las grandes sorpresas que hemos tenido en el estudio de los planetas fuera del sistema solar ha sido comprobar que pueden estar alrededor de estrellas de todo tipo, sean jóvenes o antiguas, pequeñas o grandes, de gran o menor luminosidad…", explica el astrónomo Bachiller.

No sólo han tenido sorpresas en los tipos de estrellas que tienen los planetas, sino que ya han encontrado varios sistemas planetarios, es decir, estrellas con varios planetas alrededor, que también han visto que son diferentes a nuestro sistema solar: "En nuestro sistema tenemos ocho planetas, cuatro de roca cerca de la estrella y otros cuatro alejados, dos de ellos gigantes gaseosos. Pues en los sistemas encontrados por Kepler hay de todo: a veces los gigantes gaseosos están más cerca de la estrella, a veces todos los planetas están agrupados alrededor de ella, a veces más dispersos que los nuestros, etc.", explica Pallé.

El descubrimiento de los planetas ha supuesto en ocasiones la revisión de las teorías sobre la formación de los planetas. Pallé da un ejemplo: "Hasta que se han encontrado, se pensaba que no era posible que los planetas del tamaño de Júpiter estuvieran cerca de su estrella. Pues han encontrado un planeta gigante gaseoso cerca de su estrella, a menos distancia del Sol a Mercurio. Entonces tuvieron que revisar las teorías sobre la formación de los planetas y ahora está vigente otra teoría, la de las migraciones. Se cree que los gigantes gaseosos se formaron en realidad más lejos, pero las perturbaciones en la evolución han hecho que se hayan aproximado a la estrella. Si en el camino hubiera encontrado algún planeta de roca más pequeño, lo habría hecho, por lo que se cree que si cerca de una estrella hay un planeta gigante gaseoso (conocidos como hot Jupiter), no habrá planeta de roca en la zona donde pueda haber vida".

Imagen artística del satélite Kepler. Ed. : Misión NASA/Kepler/Wendy Stenzel.

Sin embargo, Pallé cree que "todavía hay mucho espacio para encontrar sorpresas; la exploración de los exoplanetas no ha hecho más que empezar. Ahora lo que estamos viendo es sólo el extremo del izeberg".

Buscando indicios de vida de cara a las atmósferas

Identificar los planetas no es suficiente para astrónomos y astrofísicos. El conocimiento de cómo son estos planetas se considera fundamental. Y para ello es imprescindible mirar directamente a los planetas. Esta caracterización de los planetas incluye también la clarificación de la presencia de seres vivos. "Para ello miramos las atmósferas de los planetas", dice Pallé. De hecho, si hay seres vivos en un determinado planeta, la atmósfera tendrá sus huellas, por lo que el conocimiento de la composición de las atmósferas es considerado como una forma de búsqueda de seres vivos.

Sin embargo, al dirigir los telescopios hacia estrellas alejadas de nosotros, la luz de las estrellas cega y no es capaz de ver planetas cercanos. Los científicos tienen dos maneras de solucionar este problema. Una, cubrir la luz de la estrella mediante métodos experimentales que permitan detectar la luz reflejada por los planetas, y otra, esperar a que el planeta pase antes de la estrella y entonces ver la luz que atraviesa la atmósfera del planeta.

Si un planeta es de roca, al pasar por delante de la estrella se verá un planeta opaco, pero su atmósfera dejará pasar la luz de la estrella. Como los gases de la atmósfera absorben parte de la luz de la estrella, analizando el espectro de la luz que dejan pasar se puede conocer su composición. "Así podemos ver, por ejemplo, si en las atmósferas hay sodio, potasio, metano, etc.", describe Pallé.

Sin embargo, estos estudios atmosféricos no pueden realizarse a través de las misiones en órbita. Según ha explicado Pallé, "sólo se pueden hacer desde la Tierra, porque para ello se necesitan espectrógrafos, y ahora en el espacio sólo hay contadores de fotones. Estarán más adelante, y entonces obtendremos mejores resultados de las observaciones realizadas desde el espacio. En definitiva, la relación entre los objetivos que se pretenden alcanzar y la inversión que se realiza para ello determina y delimita qué resultados se pueden obtener".

Gran Telescopio de Canarias (GTC). De momento, algunas investigaciones sobre exoplanetas sólo se pueden realizar desde la Tierra. Ed. : Pablo Bonet/Instituto de Astrofísica de Canarias.

Así, cuando se quiere encontrar muchos planetas, "lo ideal es ir al espacio, ya que los cambios de luminosidad se pueden detectar con mucha más precisión, ya que se elimina la distorsión que la atmósfera puede causar --dice Pallék--. Sin embargo, si el objetivo es caracterizar los planetas, recurrimos a planetas cercanos a estrellas muy cercanas a nosotros. De este modo, nos llega mucha luz de ellos, lo que facilita el análisis de las atmósferas".

Un futuro próspero por delante

Teniendo en cuenta la velocidad a la que se están produciendo los avances, Pallé cree que habrá grandes avances en un futuro próximo relacionados con los exoplanetas: "Espero que en el periodo de 2-5 años se encuentre al menos un planeta que pueda tener vida. Es decir, lo suficientemente pequeño como para ser de roca y que se encuentre a una distancia adecuada de la estrella. Luego, al mirar, puede ser una bola de acero o de diamante o, por ejemplo, un planeta como Marte".

Este último paso, caracterizar los planetas de este tamaño, “seremos capaces de dar durante dos o tres décadas. Este es, en mi opinión, el principal titular: Durante dos o tres décadas seremos capaces de encontrar vida en nuestro entorno cercano. Siempre y cuando haya vida".

Planetas errantes, no el planeta ni las estrellas

La mayoría de los planetas conocidos fuera del sistema solar son planetas que giran alrededor de otras estrellas. Últimamente, sin embargo, los astrónomos están descubriendo planetas que circulan libremente por el espacio. En la revista Nature, por ejemplo, un grupo de investigadores de la Universidad Osaka de Japón da a conocer 10 planetas errantes de este tipo.

El Instituto de Astrofísica de Canarias también analiza los planetas errantes: "Nuestro equipo de investigación está trabajando en la observación y caracterización de estos objetos que están en el espacio sin rumbo", explica el astrofísico Enric Pallé. Sin embargo, en lugar de los planetas errantes, en el Instituto se llaman objetos de la masa planetaria.

(Foto: NASA/JPL-CALTECH/R. Ene)

Y es que los expertos todavía no saben si esos objetos que no giran alrededor de una estrella son realmente planetas. Como dice Pallé, "la mayor duda que hay sobre estos cuerpos es cómo se han creado". Los expertos ven dos opciones posibles. Una es crear los planetas tal y como se crean, es decir, crear alrededor de una estrella y, después, acabar fuera del sistema de la estrella como consecuencia de la interacción estrella y el planeta. La otra opción es crear las estrellas tal y como se forman, es decir, cuando se condensa una pequeña nube de gas.

Aunque sean como estrellas, al ser objetos de pequeña masa, no son capaces de provocar reacciones nucleares dentro de ellas, por lo que no pueden ser consideradas estrellas. El nombre de planeta tampoco es del todo legítimo por parte de los expertos, ya que "normalmente se llama planeta a los cuerpos creados en el disco que rodea a una estrella y que giran alrededor de ella", explica Pallé.

La investigación de estos objetos, lógicamente, no tiene por objeto buscar seres vivos fuera de la Tierra. Dice Pallé: "Nos ayudarán a comprender mejor el origen de los planetas. Los modelos que generaremos de las observaciones realizadas nos dirán cómo se producen, con qué frecuencia y dónde podemos encontrar los planetas, si podemos esperar que nos encontremos con un planeta rocoso alrededor de estas estrellas, etc.".