Exoplanetas y sistemas extrasolares.

¿Qué es un 'Exoplaneta'?
Esta rocosa súper-Tierra es una ilustración del tipo de planetas futuros que las misiones TESS y James Webb esperan encontrar fuera de nuestro sistema solar. Créditos: ESO / M. Kornmesser

Publicado, 12 de abril del 2.018

Sal en una noche despejada y puedes estar seguro de algo que nuestros antepasados ​​solo pudieron imaginar: cada estrella que veas probablemente albergue al menos un planeta.

Los mundos que orbitan alrededor de otras estrellas se llaman "exoplanetas", y vienen en una gran variedad de tamaños, desde gigantes gaseosos más grandes que Júpiter hasta pequeños planetas rocosos casi tan grandes como la Tierra o Marte. Pueden estar lo suficientemente calientes como para hervir metal o encerrados en congelación. Pueden orbitar sus estrellas tan fuertemente que un "año" dura solo unos pocos días; pueden orbitar dos soles a la vez. Algunos exoplanetas son bribones sin sol, planetas errantes,  vagando por la galaxia en la oscuridad permanente.

Esa galaxia, la Vía Láctea, es la espesa corriente de estrellas que atraviesa el cielo en las noches más oscuras y claras. Su extensión en espiral probablemente contenga alrededor de 400 mil millones de estrellas, nuestro Sol entre ellas. Y si cada una de esas estrellas no solo tiene un único planeta, pero, como el nuestro, un sistema completo de ellas, entonces el número de planetas en la galaxia es verdaderamente astronómico: ya nos estamos acercando a los trillones.

Los humanos hemos estado especulando acerca de tales posibilidades durante miles de años, pero la nuestra es la primera generación que sabe, con certeza, que los exoplanetas están realmente ahí afuera. De hecho, fuera de allí. Se descubrió recientemente que nuestra estrella vecina más cercana, Proxima Centauri, posee al menos un planeta, probablemente uno rocoso. Está a 4,5 años luz de distancia: más de 25 billones de millas (40 billones de kilómetros). La mayor parte de los exoplanetas encontrados hasta ahora están a cientos o miles de años luz de distancia.

Las malas noticias: todavía no tenemos forma de llegar a ellos, y no dejaremos huellas en ellos  tan pronto. La buena noticia es que podemos observarlos, tomar temperaturas, saborear sus atmósferas y, tal vez algún día cercano, detectar señales de vida que podrían estar ocultas en los píxeles de luz capturados en estos oscuros y lejanos mundos.

Ilustración del artista del tránsito de los planetas del sistema TRAPPIST-1.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

El primer exoplaneta en estallar en el escenario mundial fue 51 Pegasi b, un "Júpiter caliente" a 50 años luz de distancia que está encerrado en una órbita de cuatro días alrededor de su estrella. El año decisivo fue 1995. De repente, los exoplanetas fueron una realidad.

Pero algunas pistas ya habían surgido. Un planeta ahora conocido como Tadmor fue detectado en 1988, aunque el descubrimiento fue retirado en 1992. Diez años más tarde, más y mejores datos mostraron definitivamente que realmente estaba allí después de todo.

Y también se detectó un sistema de tres "planetas púlsares", que comenzó en 1992. Estos planetas orbitan alrededor de un púlsar a unos 2.300 años luz de distancia. Los púlsares son los cadáveres de alta densidad, que giran rápidamente, de estrellas muertas, arrastrando cualquier planetas en órbita a su alrededor con lanzas abrasadoras de radiación.

Ahora vivimos en un universo de exoplanetas. El recuento de planetas confirmados es de 3.700 y está aumentando. Eso es solo una pequeña muestra de la galaxia como un todo. El conteo podría elevarse a decenas de miles dentro de una década, a medida que aumentamos el número y la capacidad de observación de los telescopios robóticos que se elevan al espacio.

¿Cómo hemos llegamos hasta aquí?
Estamos en un precipicio de la historia científica. La era de la exploración temprana, y las primeras detecciones de exoplanetas confirmadas, está dando paso a la siguiente fase: telescopios más nítidos y más sofisticados, en el espacio y en el suelo. Serán muy anchos de lente pero también muy largos para poder profundizar en el Universo. Algunos tendrán la tarea de realizar un censo de población cada vez más preciso de estos mundos lejanos, identificando sus muchos tamaños y tipos. Otros realizarán una inspección más cercana de los planetas individuales, sus atmósferas y su potencial para albergar alguna forma de vida.

Las imágenes directas de exoplanetas, es decir, imágenes reales, jugarán un papel cada vez más importante, aunque hemos llegado a nuestro estado actual de conocimiento principalmente a través de medios indirectos. Los dos métodos principales dependen de bamboleos y sombras. El método de "oscilación", llamado velocidad radial, observa el temblor revelador de las estrellas cuando son empujadas hacia adelante y hacia atrás por los tirones gravitacionales de un planeta en órbita. El tamaño de la oscilación revela el "peso" o masa del planeta.

Esta evocadora película de cuatro planetas más masivos que Júpiter en órbita alrededor de la joven estrella HR 8799 es una especie de vídeo compuesto incluyendo imágenes tomadas durante siete años en el W.M. Observatorio Keck en Hawai. Créditos: Jason Wang / Christian Marois

Este método produjo las primeras detecciones confirmadas de exoplanetas, incluyendo 51 Peg en 1995, descubiertas por los astrónomos Michel Mayor y Didier Queloz. Los telescopios de tierra que usan el método de velocidad radial han descubierto casi 700 planetas hasta ahora.

Pero la gran mayoría de los exoplanetas se han encontrado mediante la búsqueda de sombras: la inclinación increíblemente pequeña en la luz de una estrella cuando un planeta cruza su cara. Los astrónomos llaman a este cruce "tránsito".

El tamaño de la caída en la luz estelar revela cuán grande es el planeta en tránsito. Como era de esperar, esta búsqueda de sombras planetarias se conoce como el método de tránsito.

El telescopio espacial Kepler de la NASA, lanzado en 2009, ha encontrado casi 2.700 exoplanetas confirmados de esta manera. Ahora en su misión "K2", Kepler aún está descubriendo nuevos planetas, aunque se espera que su combustible se agote pronto.

Cada método tiene sus ventajas y desventajas. Las detecciones de temblor proporcionan la masa del planeta, pero no brindan información sobre la circunferencia o el diámetro del planeta. Las detecciones de tránsito revelan el diámetro pero no la masa.

Pero cuando se usan múltiples métodos juntos, podemos aprender las estadísticas vitales de sistemas planetarios enteros, sin siquiera obtener imágenes directamente de los planetas. El mejor ejemplo hasta ahora es el sistema TRAPPIST-1 a unos 40 años luz de distancia, donde siete planetas del tamaño de la Tierra orbitan alrededor de una pequeña estrella roja.

Los planetas TRAPPIST-1 han sido examinados con telescopios terrestres y espaciales. Los estudios basados ​​en el espacio revelaron no solo sus diámetros, sino la sutil influencia gravitatoria que estos siete planetas estrechamente compactados tienen entre sí; a partir de esto, los científicos determinaron la masa de cada planeta.

Entonces ahora sabemos sus masas y sus diámetros. También sabemos cuánto de la energía radiada por su estrella golpea las superficies de estos planetas, lo que permite a los científicos estimar sus temperaturas. Incluso podemos hacer estimaciones razonables del nivel de luz, y adivinar el color del cielo, si estuviera parado en uno de ellos. Y aunque aún se desconoce mucho sobre estos siete mundos, incluso si poseen atmósferas u océanos, capas de hielo o glaciares, se ha convertido en el sistema solar más conocido aparte del nuestro.

¿Hacia dónde nos dirigimos?
Una ilustración de las diferentes misiones y observatorios en el programa de exoplanetas de la NASA, tanto presentes como futuros. Créditos: NASA

La próxima generación de telescopios espaciales está sobre nosotros. Primero está el lanzamiento de TESS, el satélite Transiting Exoplanet Survey Satellite. Este extraordinario instrumento realizará un estudio de casi todo el cielo de las estrellas más cercanas y brillantes para buscar planetas en tránsito. Kepler, el antiguo maestro de los tránsitos, pasará la antorcha del descubrimiento a TESS.

TESS, a su vez, revelará los mejores candidatos para una mirada más cercana con el Telescopio Espacial James Webb, actualmente programado para lanzarse en 2020. El telescopio Webb, que despliega un espejo gigante, segmentado y que recoge la luz que se desplazará sobre una teja plataforma, está diseñado para capturar la luz directamente de los propios planetas. La luz se puede dividir en un espectro multicolor, un tipo de código de barras que muestra qué gases están presentes en la atmósfera del planeta. Los objetivos de Webb pueden incluir "súper Tierras", o planetas más grandes que la Tierra, pero más pequeños que Neptuno, algunos de los cuales podrían ser planetas rocosos, como nuestras propias versiones de gran tamaño.

Poco se sabe acerca de estos grandes planetas, incluso si algunos podrían ser adecuados para la vida. Si tenemos mucha suerte, tal vez uno de ellos muestre signos de oxígeno, dióxido de carbono y metano en su atmósfera. Tal mezcla de gases nos recordaría fuertemente nuestra propia atmósfera, posiblemente indicando la presencia de la vida.

Pero la búsqueda de atmósferas similares a la Tierra en exoplanetas del tamaño de la Tierra probablemente tendrá que esperar a una generación futura de sondas espaciales aún más potentes en la década de 2020 o 2030.

Gracias al estudio estadístico del telescopio Kepler, sabemos que las estrellas de arriba son ricas en compañeros planetarios. Y mientras contemplamos el cielo nocturno, podemos estar seguros no solo de una vasta multitud de vecinos exoplanetas, sino de algo más: la aventura apenas comienza.

Si quiere saber más de exoplanetas siga los enlaces:

Calla Cofield
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California
818-393-1821

Última actualización: 12 de abril de 2018
Editor: Tony Greicius