Exploración de exoplanetas

El descubrimiento de planetas en estrellas fuera del sistema solar ha supuesto uno de los descubrimientos más importantes de la astronomía. Cada mes se anuncian nuevos planetas alrededor de estrellas y el número no para de aumentar. Los métodos de detección aún son primitivos por eso la mayoría de los planetas descubiertos son igual o más masivos que Júpiter, muy cerca de su estrella y con órbitas muy cortas. Se cree que conforme aumenten las capacidades de detección y los métodos de estudio se pondrán detectar el resto de planetas que están más alejados de su estrella y más pequeños y de tipo rocoso con lo que la lista de planetas podría aumentar espectacularmente.

Aleksander Wolszczan, un astrónomo polaco anunció en 1992 el descubrimiento de 3 objetos sub-estelares de baja masa orbitando el púlsar PSR 1257+12. Estos fueron los primeros planetas extrasolares descubiertos y el anuncio fue toda una sorpresa. Se cree que estos planetas se formaron de los restos de la explosión de supernova que produjo el púlsar.

Los primeros planetas extrasolares alrededor de estrellas de la secuencia principal fueron descubiertos en la década de 1990, en una dura competición entre equipos suizos y norteamericanos. El primer planeta extrasolar fue anunciado por Michel Mayor y Didier Queloz, del grupo suizo, el 6 de octubre de 1995. La estrella principal era 51 Pegasi y se dio en llamar al planeta 51 Pegasi b. Unos meses más tarde el equipo americano, liderado por Geoffrey Marcy de la Universidad de California anunció el descubrimiento de 2 nuevos planetas. La carrera por encontrar nuevos planetas no había hecho más que empezar. Numerosos anuncios en prensa y televisión han divulgado algunos de estos descubrimientos, considerados en su conjunto como una de las revoluciones de la astronomía a finales del siglo XX.

En la actualidad existen numerosos proyectos de las agencias espaciales NASA y ESA desarrollando misiones capaces de detectar y caracterizar la abundancia de planetas, así como de detectar planetas de tipo terrestre (el primero descubierto hasta la fecha: Gliese 876 d). Las dos misiones más importantes hasta el momento son la misión europea Corot,y la misión norteamericana Kepler, ambas utilizando el sistema de tránsitos. La ambiciosa misión Darwin/TPF, prevista para una fecha posterior al 2014, será capaz de analizar las atmósferas de estos planetas terrestres, teniendo la capacidad de detectar vida extraterrestre mediante el análisis espectral de estas atmósferas. Estos datos permitirán abordar estadísticamente cuestiones profundas como la abundancia de sistemas planetarios parecidos al nuestro, o el tipo de estrellas en los que es más fácil que se formen planetas.

Desde sus comienzos, y por razones prácticas, la búsqueda de otros mundos está centrada en estrellas parecidas al Sol. Y más aún en aquellas relativamente cercanas (a no más de 200 años luz).

La luz que irradian las estrellas es tan potente que es prácticamente imposible por ahora detectar planetas directamente y se hace necesario de complicados y sofisticados métodos de detección.

Astrometría

Del mismo modo que la estrella ejerce una fuerza gravitatoria sobre el planeta, éste también ejerce una fuerza de esta naturaleza sobre su estrella, lo que hace que ambos giren en torno a un centro de masas común. Es decir, podemos medir la desviación que sufre la estrella en su órbita a causa de la presencia del planeta. Realmente para detectar una oscilación en el movimiento de una estrella debida a un planeta en sus inmediaciones, son necesarias medidas muy precisas que resultan un auténtico desafío incluso para los más potentes telescopios ubicados en nuestro planeta. Es el método más antiguo utilizado y actualmente resulta un método poco utilizado para la detección de exoplanetas, sin embargo desde el espacio y con instrumentación adecuada puede dar muy buenos resultados.

Perturbaciones gravitacionales en discos de polvo

En las estrellas jóvenes con discos de polvo alrededor se puede detectar la presencia de un exoplaneta por las irregularidades que presenta el disco protoplanetario ocasionadas por la interacción gravitatoria de este objeto. Para entender este método pensemos un momento en los satélites de Saturno. Los anillos no son uniformes sino que tienen una serie de divisiones provocadas por las perturbaciones que generan los denominados satélites pastores. De este modo ha sido posible inferir la presencia de 3 planetas orbitando la estrella Beta pictoris y de otro planeta orbitando la estrella Fomalhaut (HD 216956).

Método de la detección visual directa

Las fotografías directas a los exoplanetas o planetas extrasolares se realizan desde hace poco tiempo, pero los resultados futuros prometen. Incluso se ha logrado obtener el espectro de un planeta extrasolar. El espectro nos proporciona una "huella química", es decir, nos ofrece datos directos sobre la composición del planeta.

Sin embargo esto ha revelado ser mucho más difícil técnicamente que cualquiera de las otras técnicas disponibles. Las razones de esto son varias, pero entre las principales, se encuentra la diferencia entre el brillo de las estrellas y el de los planetas. En el espectro de la luz visible, una estrella promedio es miles de millones de veces más brillante que cualquiera de sus hipotéticos planetas, y hasta hace poco ningún detector podía identificar los planetas a partir del brillo estelar. Planetas de edad y órbitas comparables a la terrestre son todavía imposibles de detectar.

La mayoría de los planetas detectados son gigantes gaseosos tipo Júpiter que orbitan cerca de sus estrellas. Esto no quiere decir que estos planetas sean los más comunes en el Universo, sino que son los más fáciles de detectar. Cada vez se están encontrando planetas más parecidos a la Tierra.

Número de estrellas con Planetas

Casi todas las estrellas similares al Sol probablemente tienen orbitando a su alrededor un planeta como la Tierra, capaz de albergar vida". Esta afirmación la hacía Alan Boss, del Instituto Carnegie de Washington, en la conferencia de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia, celebrada en Chicago a principios de 2009. Hasta hace unos quince años, se conocían muy pocos planetas fuera de nuestro Sistema Solar; ahora, gracias a los avances tecnológicos, se ha descubierto la existencia de más de 400, y el número sigue creciendo.

Los planetas descubiertos hasta el momento se han detectado gracias a diversas técnicas: por velocidad radial o astrometría (medimos cómo el planeta altera el movimiento de su estrella), por tránsitos (midiendo los cambios en la luz de la estrella al pasar un objeto por delante de la misma), por efecto de microlente gravitacional (un objeto, ubicado entre la Tierra y la estrella observada, hace de lupa y aumenta la imagen que captamos de esa estrella y su planeta) y por timing (variación del momento en que se producen los eclipses de estrellas binarias debido a que puede haber planetas orbitando alrededor de las mismas).

La imagen directa, que parece la técnica más obvia para ver objetos en el cielo, apenas cuenta con una decena de planetas en su lista. Esto se debe a que, al no tener luz propia y encontrarse cerca de objetos muy brillantes, el contraste entre la luz de la estrella y la reflejada por el planeta es enorme y muy difícil de plasmar en una imagen.

Para comprender la complejidad que entraña la visualización de estos objetos fríos, pedimos prestado a Benjamín Montesinos (astrofísico del CAB, Centro de Astrobiología -CSIC-INTA) un ejemplo: multipliquemos por cinco la luz que emite la iluminación de un campo de fútbol de Primera División y concentrémosla en un solo foco. Justo al lado, pongamos una bombillita led (diodo emisor de luz) de las que se utilizan para la iluminación navideña. Si nos alejamos, será muy complicado distinguir el led, ya que la luz del enorme foco inundará su espacio circundante. El problema de obtener una imagen directa de un planeta es cómo eliminar el enorme brillo de la estrella que satura la exposición de luz.

Cómo se forman los planetas

Los astros nacen a partir de la fragmentación y el colapso del polvo y de las nubes de gas que se encuentran en las regiones de formación estelar. En una fase avanzada del colapso, la estrella empieza a consumir su hidrógeno en el núcleo. Durante este proceso, el entorno de la estrella ha quedado plagado de material sobrante que gira a su alrededor. La teoría dominante entiende que los planetas se forman a partir de esos discos de gas y polvo, es decir, son el fruto de la acumulación del material que orbita alrededor de una estrella que se va compactando. Sería lógico pensar que, si en toda formación estelar existe ese material flotando alrededor, lo más probable es que todas las estrellas tengan planetas. La realidad aún no se sabe con certeza.

No todas las estrellas son iguales. De hecho, un problema importante es determinar si existen tipos de estrellas más proclives que otras a la creación de planetas. Es posible que las estrellas muy masivas (de diez a cien veces nuestro Sol) tengan a su vez un proceso de formación distinto, ya que no ha sido posible detectar muchos casos de discos alrededor de ellas. En las estrellas, cuanto mayor es la masa, más corta es su existencia.

Por ejemplo, las estrellas más masivas que se conocen pueden evolucionar hasta explotar como supernovas en cinco millones de años (que en la escala estelar es muy poco tiempo). ¿Acaso la formación de un planeta requiere de un tiempo determinado? ¿Se crean discos alrededor de todas las estrellas, independientemente de cuál sea su tamaño? ¿Qué condiciones deben darse?

Las búsquedas que están realizando los equipos cazaplanetas se centran en estudiar estrellas similares en tamaño al Sol, ya que se estima que los astros de menor masa son más abundantes y, por su parecido a nuestra estrella, quizá tengan condiciones análogas para la formación de un sistema planetario.

Quedan aún muchas incógnitas por resolver, apenas hemos empezado la búsqueda con complicados métodos de detección y los resultados son espectaculares.

Independientemente de la fracción exacta de las estrellas con planetas extrasolares, el número total de exoplanetas debe ser muy grande. Desde nuestra propia galaxia la Vía Láctea tiene al menos 200 mil millones de estrellas, debería también de contener miles de millones de planetas extrasolares si no cientos de miles de millones de ellos.