Avalancha de nuevos mundos

Fiebre de exoplanetas…

Kepler

A esta altura, ya pocas dudas caben: lejos de ser una rara y exquisita excepción, sólo reservada a la gran comarca solar, los planetas parecen ser moneda corriente en el universo. Y los hay de todas las escalas posibles: colosos gaseosos tanto o más grandes que nuestro Júpiter, mundos de rango medio, como Neptuno, y otros más modestos, pero de anatomías rocoso-metálicas, como la Tierra o Marte. E incluso, unos cuantos cuyas órbitas calzan perfectamente en las llamadas “zonas habitables” de sus sistemas. Allí donde no hace ni tanto calor ni tanto frío, como para soñar con mundos potencialmente similares al nuestro.

Los primeros “planetas extrasolares” o “exoplanetas” fueron descubiertos hace dos décadas. Y hasta hace apenas un mes eran cerca de 1000. Pero de pronto, de un día para el otro, a fines de febrero pasado, el catálogo exoplanetario estalló como nunca antes, cuando un grupo de científicos anunció, de golpe, el descubrimiento de más de 700. Todos detectados con el Telescopio Kepler, de la NASA, que, desde ese momento, se ha convertido oficialmente en el más exitoso “cazador” de planetas de todos los tiempos. Y si bien es cierto que la “misión primaria” de este observatorio espacial finalizó en mayo de 2013 (a raíz de un problema técnico), los científicos de la misión aún siguen analizando su tremendo legado de datos y mediciones. De hecho, esta reciente avalancha de nuevos planetas apenas proviene solamente de observaciones realizadas entre 2009 y 2011. Desde todo punto de vista, esta historia de los mundos lejanos recién comienza…

ECLIPSES EXTRASOLARES

Hasta hace apenas unas semanas, la mayoría de los exoplanetas había sido detectada de forma indirecta: casi siempre, a partir del ligerísimo “bamboleo” gravitatorio que provocan en sus estrellas. Esta técnica de detección –basada en el “movimiento radial” de las estrellas– ha dado muy buenos resultados como primera aproximación al tema. Y, fundamentalmente, ha permitido descubrir gigantescos planetas (seguramente gaseosos), generalmente cercanos a sus soles: los llamados “Hot Jupiters”. Sin embargo, este método tiene sus limitaciones: sólo permite averiguar los períodos orbitales y, en forma muy aproximada, la masa de los planetas. Pero no su diámetro. O detalles más finos de su naturaleza. Además, salvo contadas excepciones –como el planeta descubierto en el sistema de Alfa Centauri (ver Futuro 27/10/12)– las mediciones de “movimiento radial” estelar no han sido lo suficientemente sensibles como para descubrir mundos más pequeños, es decir, de escala terrestre.

Pero hay otra ingeniosa forma de encontrar exoplanetas: observar los “minieclipses” que, eventualmente, podrían provocar al pasar delante de sus soles. Si el plano orbital de un planeta coincide con nuestra visual, su “tránsito” –tal el término técnico– ocasionará una pequeña caída en el brillo de su estrella. Mediante este método de detección, en los primeros años de este siglo ya se habían descubierto decenas de planetas extrasolares. Incluso, a manos de astrónomos amateurs. Pero siempre se trataba de “peces gordos”, tanto o más grandes que Júpiter. Mundos que, al desfilar delante de sus soles, bloquean alrededor de 1 por ciento de su brillo. El punto es que para detectar los eventuales tránsitos de planetas similares a la Tierra hacían falta instrumentos y sensores capaces de registrar caídas de brillo en las estrellas del orden de las milésimas. Y aquí es donde el Telescopio Kepler (NASA) entró en escena (ver cuadro aparte).

LA DETECCION: UNA TAREA COMPLICADA

Desde el comienzo de la misión, en 2009, y ante cada posible detección, los científicos del Kepler tuvieron una ardua tarea de análisis. Y se entiende: una leve caída de luminosidad de una estrella no implica, necesariamente, el tránsito de un planeta. Puede haber otras causas, empezando por las más obvias: estrellas binarias. Más de la mitad de las estrellas son dobles (o incluso, múltiples). Y a menudo estos pares de soles dan lugar a eclipses recíprocos, observados desde nuestra perspectiva. Otras veces, hay que descartar ocasionales caídas de luminosidad, como eventuales y azarosos eclipses producidos por algún objeto del Sistema Solar (asteroides, casi siempre), que justo cruzan la línea visual a la estrella observada. O simples cuestiones técnicas. Pero aun cuando estos factores quedan completamente descartados, la posible detección de un tránsito extrasolar requiere de otras verificaciones, como el exitoso método de medición de “velocidad radial”, donde el eventual y ligerísimo “bamboleo” gravitacional de una estrella puede delatar la presencia de uno o más planetas a su alrededor. Teniendo en cuenta todo lo anterior se entiende, justamente, por qué cada descubrimiento de un exoplaneta tomaba mucho trabajo. Había que chequear, uno por uno, cada posible hallazgo. Sin embargo, con el correr del tiempo los científicos de la misión echaron mano a una nueva e ingeniosa estrategia. Un método que, de golpe, hizo estallar el tablero de los mundos lejanos…

“VERIFICACIÓN POR MULTIPLICIDAD”

El camino hacia este reciente y súper masivo anuncio exoplanetario comenzó el año pasado, cuando un equipo de investigadores liderados por el Dr. Jack Lissauer (del Ames Research Center, de NASA, en Moffett Field, California) se puso a revisar las pilas de datos y observaciones obtenidas por el Kepler entre mayo de 2009 y mayo de 2011. Pero a diferencia de los análisis previos, que habían permitido ya el descubrimiento, uno por uno, de más de 200 planetas extrasolares, Lissauer y sus colegas optaron por una estrategia diferente: la “verificación por multiplicidad”. En pocas palabras, la cosa es así: de los miles de casos de exoplanetas “candidatos” detectados por el Kepler, estos científicos sólo pusieron la lupa en aquellas estrellas donde, al parecer, había “tránsitos múltiples”, provocados por dos o más objetos girando a su alrededor. La lógica que subyace por debajo de este criterio de selección es simple: en los casos donde se ve más de un objeto transitando a una estrella, se asume que es un planeta. Y no dos o más estrellas compañeras y, a la vez, extremadamente cercanas (como para eclipsar a la estrella “blanco” del Kepler). ¿Por qué? Simplemente porque es altamente improbable –casi imposible, en realidad– que un sistema estelar múltiple extremadamente compacto resulte muy estable a lo largo de mucho tiempo. Al menos, lo suficientemente estable como para dar lugar a “tránsitos” tan regulares como los observados y catalogados por los científicos de la misión. “El hecho de que no pueda haber sistemas estelares múltiples que se vean a la distancia como sistemas planetarios es la base de la validación por multiplicidad”, dice Lissauer. Y agrega: “Con este nuevo procedimiento hemos podido estudiar, en conjunto, una gran cantidad de planetas candidatos… ¡y el resultado ha sido una entrega de nuevos mundos de tipo mayorista!”. Y la verdad, no exagera ni un gramo…

AVALANCHA DE NUEVOS MUNDOS

Sin más vueltas, vamos directo a los números: son 715 nuevos exoplanetas, orbitando a 305 estrellas. Lógicamente, esta diferencia se debe a todo lo anterior: en cada una de estas estrellas, el Kepler ha detectado dos o más planetas. La novedad fue anunciada el pasado 26 de febrero, en una teleconferencia organizada por la NASA. Y dio lugar a dos papers que fueron publicados el 10 de marzo en el prestigioso (y riguroso) The Astrophysical Journal. Ante semejante catarata de exoplanetas, resulta un tanto difícil ordenar el panorama. Pero lo intentaremos. Vamos de lo más grueso a lo más fino. Primero: es la mayor cantidad de nuevos exoplanetas anunciados de una sola vez. Por lejos: esto supera en más de 20 veces todo anuncio anterior. En palabras del propio Lissauer: “De un día para el otro, la cantidad de exoplanetas conocidos por la humanidad casi se ha duplicado”. Su afirmación es un poco exagerada (y podemos entenderla teniendo en cuenta su lógico entusiasmo ante tamaña noticia), pero no tanto: hasta el pasado 26 de febrero se conocían poco más de 1000 planetas más allá del Sistema Solar. Y luego la lista pasó a más de 1700 (ver gráfico). Un salto abrupto e impresionante, se lo mire por donde se lo mire. Una verdadera revolución exoplanetaria. Todo un hito de la ciencia de nuestros tiempos.

UNA MIRADA A LOS “MULTIS”

ILUSTRACIÓN DE UNO DE LOS SISTEMAS MULTIPLANETARIOS DESCUBIERTOS POR EL KEPLER (NASA)

Teniendo en cuenta que todos los planetas descubiertos forman parte de sistemas de dos o más integrantes, los científicos de la misión Kepler les han puesto un nombre tan simpático como oportuno: los “multis”. Ahora sí –dicho lo más grueso– ya es momento de hilar un poco más fino: ¿qué se sabe de los “multis” del Kepler? Por empezar, hay una abrumadora mayoría de planetas medianos a chicos: el 94 por ciento es del tamaño de Neptuno (50.000 km. de diámetro) para abajo. El 6 por ciento restante está en el rango de colosos, al estilo Júpiter o Saturno (de más del doble de ese diámetro). Ese abrumador 94 por ciento está formado por “Neptunos”, “Mini Neptunos” y “Súper Tierras”, tal como se conoce a los mundos de, aproximadamente, entre 50 y 20 mil kilómetros de diámetro.

Son números que cambian completamente las proporciones dentro del tablero exoplanetario,   antes del anuncio de fines de febrero, la mayoría correspondía a mundos de escala joviana. Nada raro, porque eran los más fáciles de detectar con el método de velocidad radial, que fue el más rendidor antes de la entrada en funcionamiento del Kepler. Pero ahora, de golpe, la balanza se inclinó a favor de los planetas más modestos. “Este estudio nos demuestra que los planetas que forman parte de sistemas múltiples tienden a ser chicos, y además, sus órbitas parecen ser bastante circulares”, dice el Dr. Jason Rowe, otro de los investigadores que participó en este resonante hallazgo multiplanetario, y autor principal de uno de los dos papers recientemente publicados en The Astrophysical Journal.

CURIOSIDADES DEL BESTIARIO EXOPLANETARIO

Al echar una mirada a esta enorme colección de nuevos planetas extrasolares nos encontramos con algunos casos verdaderamente curiosos. Por empezar, hay un sistema estelar binario (dos soles), donde dos planetas orbitan a una de las estrellas, y un tercero, a la otra. Otra estrella (catalogada como Kepler-169) está rodeada por al menos cinco planetas: cuatro tienen órbitas de menos de 14 días, y el quinto, de unos 3 meses. El sistema planetario de Kepler-169 probablemente tenga un sexto integrante, aún por confirmar, con una órbita de 30 días. Estamos hablando de cinco o seis planetas alrededor de una estrella (similar al Sol), dentro de lo que sería la órbita de nuestro Mercurio. Parece mucho. Sin embargo, el telescopio de la NASA ha encontrado sistemas aún más compactos: la estrella Kepler-80 tiene cuatro planetas confirmados (y un quinto por confirmar) que la orbitan en apenas 10 días. Otro caso especialmente interesante es de la estrella de tipo solar Kepler90, donde se han observado tránsitos de siete planetas, todos orbitándola dentro del espacio que ocupa la órbita de la Tierra con respecto al Sol.

Desde el punto de vista de las teorías de formación planetaria, estos verdaderos amontonamientos de mundos en órbitas tan próximas a sus estrellas son particularmente llamativos. El Sistema Solar no es tan densamente poblado en su zona interna. Quizás, en sus orígenes, aquellos sistemas fueron mucho más densos en su parte central, permitiendo la gestación de varios mundos en las cercanías de sus jóvenes soles. O quizás, hubo procesos de “migración planetaria” que, poco a poco, llevaron planetas originalmente formados en zonas más externas, a zonas más internas. O tal vez una combinación de ambas cosas. Hasta aquí, todo suena de lo más interesante. Pero aún nos quedan cuatro perlitas…

MUNDOS EN LA “ZONA HABITABLE”

A la hora de hablar de planetas extrasolares, inmediatamente surge una pregunta clave. La más importante de todas: ¿hay otros mundos aptos para la vida en torno de otras estrellas? Aún no lo sabemos. Lo que sí se sabe es que, al menos en principio, esos exoplanetas deben estar bien ubicados con respecto a sus soles. O dicho más técnicamente, deben caer dentro de la llamada “zona habitable” de sus sistemas: la región en torno de una estrella, donde un planeta podría tener temperaturas “templadas” que permitan la existencia de agua líquida. Antes del anuncio de hace unas semanas, el Kepler ya había encontrado alguno que otro exoplaneta en esa preciosa zona orbital respecto de su estrella. ¿Y ahora? Entre los 715 nuevos mundos, hay cuatro que están en “zona habitable”. Se llaman Kepler174 d, Kepler296 f, Kepler298 d y Kepler309 c. Todos tienen entre 2 y 2,5 veces el diámetro de la Tierra (entre unos 25 y 30 mil km. de diámetro). Puede parecer poco en medio de semejante catarata de exoplanetas, pero hay que tener en cuenta que, por el método utilizado (la detección de “tránsitos” planetarios por delante de estrellas), el telescopio Kepler puede encontrar con más facilidad planetas extrasolares muy próximos a sus soles, que aquellos situados en órbitas más alejadas. Además –y vale la pena insistir en esto– estos resultados provienen de “apenas” la mitad de la campaña científica de este maravilloso instrumento. Todavía queda mucha tela para cortar.

PRESENTE Y FUTURO DEL KEPLER

Y vaya que es así: los 715 exoplanetas recientemente confirmados por el equipo de científicos del Kepler se suman a los 246 previamente detectados. Es decir, que ya son 961. Y eso, a su vez, representa más de la mitad de todos los mundos lejanos descubiertos hasta el día de hoy (exactamente 1790, según la famosa Extrasolar Planets Enciclopedia –quizás el más famoso de los cinco catálogos oficiales sobre el tema– que puede consultarse en Internet). Sin embargo, los científicos de la misión aún tienen que verificar otros 3800 “candidatos”. Y a esta altura, confían en que cerca del 90 por ciento de ellos serán “detecciones positivas”. Eso quiere decir que muy pronto la lista de exoplanetas conocidos rondaría los 5000. Y a eso, claro, habría que sumarle aquellos otros que pudieran ser descubiertos –mediante diferentes técnicas– por varios súper observatorios terrestres.

Como ya se dijo, el Telescopio Kepler finalizó su misión formal en mayo de 2013, cuando una falla en su segundo giroscopio dejó inutilizado su sistema de posicionamiento fino. Sin embargo, la NASA ya está pensando en una nueva estrategia para seguir utilizándolo un tiempo más. Ya se habla con bastante certeza de una misión “K2” (por Kepler, obviamente), que aprovecharía la suave presión de la luz solar para apuntarlo a distintas regiones del espacio. De hecho, más allá de tener dos giroscopios dañados, casi todos los módulos científicos del observatorio espacial siguen estando en muy buenas condiciones.

¿OTRAS “TIERRAS”?

Tanto el Telescopio Kepler como todos los demás instrumentos involucrados en la fascinante búsqueda de planetas extrasolares aún tienen una deuda pendiente: descubrir un “gemelo” de la Tierra. Un mundo de verdadera escala terrestre, ubicado en la “zona habitable” de su sistema. Lissauer, Rowe y muchos otros “cazadores de planetas” están convencidos de que no falta mucho para eso. De hecho, confían en que la enorme cantidad de datos del Kepler que aún resta analizar (especialmente la campaña 2011-2013) esconde una mayor proporción de mundos en la “zona habitable” que lo conocido hasta hoy. Y la razón es simple: por obvias cuestiones de períodos orbitales (y en consecuencia, de los intervalos entre sus “tránsitos”), toma mucho más tiempo detectar y confirmar exoplanetas moderadamente alejados de sus estrellas (y por ende, “templados”), que aquellos que prácticamente están pegados a ellas (mundos literalmente “infernales”). Sólo resta esperar.

“La misión Kepler continúa sorprendiéndonos con los resultados de su búsqueda de planetas. Y el hecho de que estos nuevos mundos y sistemas se vean de algún modo similares al nuestro nos anuncia un gran futuro cuando entre en funcionamiento el Telescopio Espacial James Webb, que será capaz de caracterizarlos más en detalle”, dice el Dr. John Grunsfeld, director adjunto de la NASA. El ex astronauta se refiere al “sucesor” del veterano y consagrado Telescopio Espacial Hubble, un megatelescopio espacial (equipado con un espejo compuesto de 6 metros de diámetro, contra los 2,4 metros del Hubble) que será puesto en órbita dentro de unos años. Y mirando un poco más lejos, no podemos dejar de mencionar otros dos megaproyectos, destinados a la detección, observación y caracterización de planetas extrasolares: el “Terrestrial Planet Finder” (TPF), de la NASA, y el proyecto “Darwin”, de la ESA (Agencia Espacial Europea). Se trata de dos “flotas” de telescopios espaciales que, durante la década de 2020, no sólo podrían fotografiar directamente planetas de escala terrestre en “zonas habitables” de sus sistemas, sino también determinar la composición atmosférica de sus posibles atmósferas.

Sobre esto último, y para ir cerrando, nos quedamos con las palabras del Dr. William Borucki (Ames Research Center, NASA, en Moffett Field, California), principal investigador de la misión Kepler: “Durante los últimos cinco años, Kepler ha aportado la información necesaria para orientar a futuras misiones que intentarán determinar las características de exoplanetas potencialmente habitables. Será el próximo gran pasado en la búsqueda de vida en nuestra galaxia”.

Kepler: el buscador de “planetas terrestres”

El Telescopio Kepler, que lleva el nombre del gran astrónomo alemán que formuló las venerables leyes del movimiento planetario en el siglo XVII, se ubica como el más exitoso “cazador” de exoplanetas de todos los tiempos.

Tiene el tamaño de un auto grande, y como todo telescopio reflector, su corazón es un espejo circular aluminizado (en este caso de 95 centímetros de diámetro). Un súper ojo equipado con cámaras CCD de altísima sensibilidad, y otros instrumentos muy finos que, desde el comienzo de su misión, le permitieron medir caídas de brillo estelar –desde nuestra visual– del orden de 1 en 50 mil. O incluso menos. Lo suficiente como para haber detectado –miles de veces– los mini eclipses o “tránsitos” de exoplanetas por delante de sus estrellas. Esos mismos tránsitos que, una vez confirmados y estudiados en detalle, dieron lugar al reciente y tan resonante anuncio de cientos de nuevos mundos lejanos.

Con un costo estimado en el orden de los 600 millones de dólares, el Kepler fue lanzado al espacio el 7 de marzo de 2009, desde Cabo Cañaveral, Florida. Una hora después de su impecable despegue, a bordo de un cohete Delta II, el nuevo observatorio de la NASA se colocaba en órbita alrededor del Sol, a unos 1500 kilómetros de la Tierra. Pero con el correr de las semanas, fue abriendo esa brecha con respecto a nuestro planeta. Y no por casualidad, sino de forma completamente deliberada: lejos de nuestro planeta, el Kepler podía tener una visión completamente libre de obstáculos. Algo esencial para cumplir con su objetivo: observar, en forma ininterrumpida, una región estelar muy rica (y relativamente cercana) de la Vía Láctea, ubicada visualmente en dirección a las constelaciones boreales de Cygnus y Lyra. Un parche de cielo bien delimitado, de 105 grados cuadrados (poco más que el área que ocupa un puño extendido hacia el cielo). Allí es donde el Telescopio Kepler clavó su aguda mirada en los cuatro años que ha durado su misión primaria. En ese lapso, monitoreó continuamente a unas 150 mil estrellas especialmente seleccionadas. Soles de todo tipo, desde modestas “enanas rojas” (el tipo de estrellas más abundante del universo), pasando por estrellas parecidas al Sol, y otras mucho más grandes, masivas, calientes y luminosas.

¿Por qué observar a tantas estrellas a la vez? La respuesta tiene que ver, justamente, con el método de detección de planetas extrasolares que utiliza el Kepler: la eventual observación y medición de tránsitos. Las chances de que un planeta desfile delante de su estrella, desde nuestra visual, son bastante bajas. Por eso, para observar unos pocos tránsitos extrasolares, hay que mirar muchísimas estrellas. La intensidad de esos mini eclipses (teniendo en cuenta estimaciones previas del tamaño de las estrellas en cuestión, algo que a su vez se deduce de su color, temperatura y luminosidad) permitieron calcular con bastante precisión el diámetro de los planetas que las orbitan. Y los diámetros, cotejados con las masas –aportadas por otros telescopios, mediante la técnica de “movimiento radial”– revelaron las densidades de aquellos mundos lejanos. Tamaño, masa, densidad… esas son, esencialmente, las claves para deducir, desde tan lejos, si se trata de planetas gaseosos, o bien, rocoso-metálicos, como la Tierra. Que es, en definitiva, lo que más importa: al fin de cuentas, el eslogan de la misión Kepler es “en búsqueda de planetas terrestres”.

¿Y… los encontró? No aún. Pero hay que tener en cuenta que los científicos de la misión apenas han examinado en detalle una parte del legado del Kepler (ver nota principal). Y que, de lo medianamente observado, hay casi 4000 exoplanetas “candidatos” por verificar y caracterizar. Allí pueden esconderse algunas sorpresas, sin dudas. Finalmente, con respecto a la lista oficial de hallazgos de este telescopio de la NASA, formada por 961 casos confirmadísimos, allí hay unos cuantos exoplanetas que se nos acercan bastante. Entre los más notables están Kepler-22b, un planeta de poco más del doble del diámetro terrestre (quizá demasiado grande para ser rocoso-metálico), y especialmente Kepler-62-f, apenas un 40 por ciento mayor que la Tierra (y con más chances de ser un planeta sólido). Ambos están en la “zona habitable” de sus respectivos sistemas. A estos dos mundos lejanos, que ya se conocían antes del multitudinario anuncio de hace unas semanas, ahora se le suman otros similares: Kepler-174 d, Kepler-296 f, Kepler-298 d y Kepler-309 c. Todos con el doble o poco más del diámetro de nuestro planeta. Y todos, también, en “zonas habitables”. Este tipo de planetas extrasolares suelen llamarse Súper Tierras. Pero, también, el Kepler ha tenido la sensibilidad suficiente como para detectar los minúsculos tránsitos de mundos del tamaño de Venus, Marte, o incluso, de Mercurio. Quizás, estas detecciones, ya confirmadas, sean la antesala de otras por confirmar. Y ojalá que, esta vez, sea lo que todos tanto esperamos.

 Por Mariano Ribas

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