Como se menciona en mi anterior colaboración con Murcia Plaza sobre la posibilidad de vida en el exoplaneta K2-18b: “Un exoplaneta es aquel que gira alrededor de una estrella que no es el Sol, es decir, que se encuentra muy, muy lejos”. También comento que en realidad no vemos esos planetas como tales, sino que intuimos las trazas o señales que dejan en los instrumentos de medida, deduciendo de ahí su existencia y muchos otros valiosos datos que hacen que nos hagamos una idea de su tamaño, masa, composición y demás.

Las estrellas están tan lejos que por muy potente que sea el telescopio siempre se ven como puntos. ¡Imaginad entonces si podremos ver sus planetas que son miles o cientos de miles de veces más pequeños que su estrella! Por ejemplo, dentro de nuestro Sol caben aproximadamente un millón de planetas Tierra (depende de cómo hagamos la medición). Eso nos puede dar una idea del orden de magnitud del que podemos estar hablando. Ahora parece más fácil comprender que no es posible ver directamente exoplanetas de la misma forma que vemos Marte o Júpiter.

El desarrollo de nuevas técnicas de observación y la construcción de instrumentos científicos de alta sensibilidad han permitido que podamos estudiar planetas de otras estrellas. El hito es tal que mereció el Premio Nobel de Física en 2019 y que fue otorgado a los científicos suizos Michel Mayor y Didier Queloz que revolucionaron la astronomía con el descubrimiento de 51 Pegasi b en 1995. Como mencioné en mi artículo anterior, se utiliza “b” es porque es el primer planeta descubierto de la estrella anfitriona 51 Pegasi, “c” sería el segundo planeta descubierto y así sucesivamente. A la estrella se le denomina de esa manera porque es la 51ª estrella menos brillante de la constelación de Pegasus. Generalmente las estrellas que más brillan tienen nombre propio, las menos brillantes un simple número. Pegasi es el genitivo latino que significa perteneciente a Pegasus.

Volviendo a los métodos de detección de exoplanetas, aunque existen varias técnicas, las que actualmente se consideran más efectivas son: Tránsito del planeta por delante de su estrella, velocidad radial y microlentes gravitatorias.

 Hay 5.912 exoplanetas confirmados en unos 4.277 sistemas planetarios"

Si estamos observando el brillo de una estrella durante un tiempo y lo catalogamos bien, cuando este brillo descienda un poco algún día, casi seguro será debido a que algo se ha interpuesto entre nosotros y la estrella; pues bien, en muchos casos será un planeta que en ese momento está transitando por delante. La disminución de brillo será minúscula, ya que, como hemos comentado, una estrella es mucho mayor que un planeta, pero hemos desarrollado instrumentos tan sensibles que son capaces de detectar esta ínfima disminución de brillo. Así es cómo funciona el método del tránsito. Para que nos hagamos una idea, se trata de detectar eclipses muy, muy livianos.

La cantidad de luz que eclipsa ese planeta de su estrella nos dará una idea de su tamaño con relación a ese astro, a partir de ahí, teniendo en cuenta el tiempo que emplea en pasar por delante puede estimarse su periodo orbital, además también podemos obtener datos de su masa o su atmósfera.

Nuestra experiencia diaria en la Tierra está condicionada al rozamiento. Él es el que nos mantiene fijos a un sitio y nos ayuda a movernos o cambiar de dirección. Si nos ponemos a patinar sobre hielo, por ejemplo, hasta que no aprendamos a manejarnos sobre esa superficie, nos caeremos una y otra vez, no podremos ir en la dirección que queremos, iremos a una velocidad a la que no estamos acostumbrados y nos costará maniobrar; esto es debido al poco rozamiento que existe entre los patines y el hielo. Cuando nos acostumbramos a manejar el escaso rozamiento existente podremos disfrutar de esa práctica deportiva, pero antes seguro que nos habremos ido más de una vez al suelo. Llevando la falta de rozamiento al límite, es decir, sin rozamiento, sería imposible frenar sobre el hielo o girar; pues bien, eso es lo que ocurre en el espacio exterior. Un astronauta, por ejemplo, si tiene que salir de su nave a apretar un tornillo con un destornillador eléctrico, debe anclarse bien a la nave para evitar que el rozamiento entre tornillo y rosca haga que dé él vueltas en vez del tornillo al poner en marcha el destornillador.

Por eso cuando un planeta gira alrededor de su estrella la atrae hacia sí un poquito, aunque casi nada en comparación con lo que la estrella lo atrae a él. En realidad, ambos giran alrededor de un punto en común que se denomina centro de masas. En aprovechar este efecto consiste el método de la velocidad radial. La estrella, mucho más grande, se moverá muy poco, por ejemplo, el Sol al ser mucho mayor que la Tierra, ese centro de masas se encuentra casi al lado de su propio centro. Pero puede darse la circunstancia de planetas enormes que giran alrededor de estrellas enanas, en ese caso el movimiento o bamboleo de la estrella podría ser bastante evidente y sencillo de detectar.

¿Cómo podemos detectar ese minúsculo bamboleo? La respuesta es: utilizando el denominado efecto Doppler. Christian Doppler era un científico austriaco que en 1842 formuló la teoría que lleva su nombre. Cuando una fuente que emite cualquier tipo de ondas (sonido, luz, …) se acerca a nosotros percibimos que se incrementa la frecuencia, en cambio si se aleja percibimos que disminuye esa frecuencia. El típico ejemplo es el de la sirena de una ambulancia; cuando se acerca a nosotros escuchamos un tono más agudo que cuando pasa justo delante; cuando se aleja oímos un tono más grave. En el caso de la luz cuando la fuente emisora se acerca a nosotros esa luz la percibimos un poco más azulada, técnicamente se denomina corrimiento al azul, y cuando la fuente se aleja la observamos más rojiza (corrimiento al rojo).

En la imagen vemos un sencillo esquema del funcionamiento del método de la velocidad radial. Un planeta (en verde) y una estrella (en naranja) giran alrededor de un centro de masas común, señalado como una “x”. Nosotros observamos desde muy lejos hacia la izquierda de la figura. Cuando en ese bamboleo la estrella se aleja de la Tierra (flecha roja) nosotros vemos su luz corrida al rojo (longitud de onda más larga); cuando la estrella se acerca a la Tierra vemos su luz corrida al azul. Este método de detectar exoplanetas es complementario al anterior y además nos permite observar planetas que no transitan por delante de su estrella vistos desde la Tierra. Es muy eficaz para determinar parámetros de la órbita del planeta o hacer una estimación de su masa mínima.

El tercer método para detectar exoplanetas aprovecha una de las múltiples predicciones de la Teoría general de la Relatividad de Albert Einstein acerca de la curvatura de la luz cuando pasa cerca de objetos masivos. Según esta teoría, la luz cuando viaja sigue unos caminos muy concretos, denominados geodésicas. En nuestra experiencia diaria esos caminos siempre son en línea recta pero no tiene por qué ser así. Los objetos con mucha masa deforman el espacio (en realidad el espacio-tiempo, pero de eso hablaremos en otra ocasión) de una manera que nosotros sí podemos percibir con ayuda de instrumentos de medición. Cuando un objeto con mucha masa, como una estrella, deforma el espacio de su alrededor la luz que pasa por sus proximidades ya no sigue una línea recta, sino que se comba un poco por la influencia de ese objeto para después seguir su camino. Ese efecto se asemeja al de la lente de una lupa, de ahí su nombre. Con una imagen lo vemos mejor:

Podemos observar que los rayos de una estrella lejana (amarilla) se comban alrededor de otra estrella (naranja) más próxima a nosotros. Este efecto de lente que introduce la estrella naranja por su gran masa hace que el brillo de la estrella amarilla lejana se incremente y por eso la gráfica se parece más a una montaña puntiaguda que a una meseta que es lo que deberíamos ver si la estrella naranja no estuviera ahí. En la figura, columna de la izquierda, se ve bastante claro. Ahora bien, si la estrella naranja tuviera un planeta (verde) la curva del brillo estaría deformada (pico) en algún lado debido a la contribución de la gravedad del planeta. Este método denominado Microlente Gravitatoria, nos permite detectar planetas muy pequeños, no requiere que la estrella (naranja) emita luz, por lo que pueden estudiarse enanas marrones o agujeros negros y tiene un alcance superior a los otros métodos pues se pueden estudiar regiones densamente pobladas de estrellas, sitios en los que los otros dos métodos funcionan con bastante dificultad. Este método es muy sorprendente ya que estudiando el brillo de una estrella lejana podemos deducir si otra estrella más cercana a nosotros tiene planetas orbitando.

 Jamás pensé que seríamos capaces de detectar planetas orbitando otros soles, pero el ingenio humano nunca parará de sorprendernos"

 

Todos los métodos vistos redoblan su importancia si son utilizados por telescopios en órbita donde la densa capa de la atmósfera no puede interferir. La atmósfera de la Tierra reduce bastante la efectividad de las observaciones astronómicas, porque además de atenuar algunas frecuencias del espectro su turbulencia produce variaciones de brillo e imagen. Cuando una noche, por tranquila que sea, alzamos nuestra vista al cielo casi siempre veremos titilar levemente las estrellas debido a esas perturbaciones de la atmósfera, generalmente las que brillan con mucha intensidad sin titileo aparente son los planetas próximos como Marte, Júpiter y Saturno. Venus brilla tanto y atrae tanto la mirada de las gentes que además tiene un nombre distinto y popular: Lucero del alba.

Uno de los telescopios en órbita más efectivos en esta búsqueda fue el Kepler, lanzado en 2009 y puesto fuera de servicio en 2018 debido a varios problemas en sus mecanismos de orientación. De los que están aún en funcionamiento, descubriendo mundos lejanos a buen ritmo y confirmando nuevos hallazgos podemos destacar el TESS de la NASA lanzado en 2018 y CHEOPS de la ESA, lanzado en 2019. En el futuro se tiene previsto lanzar PLATO en 2026 y ARIEL en 2029 por la ESA, y por la NASA el “Nancy Grace Roman Espace Telescope” en 2026 y el PANDORA a finales de este año.

Hace un rato me he conectado al Archivo de Exoplanetas de la NASA y he podido comprobar que hay alrededor de 5912 exoplanetas confirmados en unos 4277 sistemas planetarios. Esto es algo que me resulta impresionante, pues, como comenté en mi artículo de la semana pasada, cuando era pequeño jamás pensé que seríamos capaces de detectar planetas orbitando otros soles, pero está claro el ingenio humano nunca parará de sorprendernos día tras día. Seamos optimistas y sigamos en esta aventura de buscar, aunque sea lejos, un planeta parecido a la Tierra que pueda convertirse en nuestro nuevo hogar para cuando nuestro Sol llegue a su final y termine apagándose, si es que antes no hemos hecho inhabitable nuestro planeta.