Exoplanetas: de 51 Pegasi a KOI-872

 

El 5 de octubre de 1995 Michel Mayor y Didier Queloz, del observatorio de Ginebra, cambiaron la Astronomía para siempre al anunciar la primera detección de un planeta fuera de nuestro Sistema Solar. El exoplaneta orbitaba alrededor de la estrella 51Pegasi, una estrella muy parecida a nuestro Sol, dando una vuelta cada 4.23 días terrestres; su masa era similar a la de Júpiter, unas 1.000 veces la masa de la Tierra; además, estaba terriblemente cerca de su estrella, a unos 7 millones de kilómetros. Júpiter gira a 780 millones de km del Sol. Hasta Mercurio, el planeta más cercano al Sol de nuestro Sistema Solar, lo hace a 58 millones de km. No es de extrañar, por tanto, que a este tipo de exoplanetas se les comenzara a denominar Júpiter Calientes (Hot Jupiter), en honor a su tamaño y a la temperatura elevada que debían soportar por estar tan cerca de su estrella. Aquel 5 de octubre de 1995, la Astronomía vivió un cambio de paradigma similar al que generó Galileo al apuntar por primera vez un telescopio a los cielos.

Según el recuento oficial que mantiene la NASA en su catálogo de exoplanetas, se han confirmado ya más de 6000 orbitando distintas estrellas. Pero dejadme que os diga algo acerca de la palabra exoplaneta. Antes de 1995, la comunidad astronómica estaba de acuerdo en que tenía que haber planetas orbitando otras estrellas. Únicamente hacía falta descubrirlos. Y todo comenzó en 1983, con el lanzamiento del satélite IRAS (Infrarred Astronomical Satellite), un pequeño telescopio fabricado para observar la parte infrarroja del espectro. ¿Por qué esa longitud de onda? Porque es aquella en la que todos los objetos con temperatura (incluso nosotros) emiten radiación. ¿Y por qué un satélite en lugar de un telescopio terrestre? Porque nuestra atmósfera bloquea la radiación infrarroja, por lo que es necesario que el telescopio orbite fuera de nuestro planeta, en el vacío y la negrura del espacio, para poder detectarla. Tened en cuenta que una estrella brilla en luz visible 1.000.000.000 veces más que un planeta, lo que imposibilita materialmente el que podamos “ver” exoplanetas en luz visible. Aunque la tecnología y el Telescopio Espacial Hubble, han hecho milagros, y en 2008 llegó la primera fotografía de un exoplaneta en luz visible.

IRAS no tardó en descubrir que muchas estrellas emitían un exceso de radiación infrarroja y los astrónomos lo interpretaron como si las estrellas tuvieran discos de residuos o de polvo, partículas milimétricas de silicatos amorfos y fragmentos de rocas. Debido a que este tamaño es mayor que el del polvo interestelar, los astrónomos pensaron que estos fragmentos eran el resultado de choques, que fusionaban las partículas haciéndolas cada vez mayores. Incluso los huecos se interpretaron como zonas limpias, barridas por objetos mayores: ¿planetas? Quizás. Lo que empezaba a estar claro era que IRAS nos podía estar mostrando otros sistemas solares en formación. Estrellas que, con el paso del tiempo, tendrían planetas orbitando alrededor de ellas.

Llegados a este punto, hacia falta un nombre para esos posibles planetas. Se pensó en “planetas extrasolares” (algunos utilizan esa nomenclatura hoy en día); pero había un problema: si hablamos de planetas extrasolares, ello implica que debe haber planetas intrasolares, algo que es absurdo, dado que no se conocen, ni se conocerán, planetas en el interior del Sol. De ahí que el término exoplanetas sea más adecuado.

Existen distintos métodos para detectar exoplanetas. Os decía más arriba que las estrellas brillan mucho más que los planetas que, en el fondo, se ven obligados a brillar reflejando la luz de su estrella madre. Sin embargo, la relación entre la masa de una estrella y la de un planeta no es tan desfavorable para el planeta. Una estrella suele pesar entre 1.000 y 100.000 veces más que un planeta. Esto hace que podamos “ver” los efectos gravitacionales de los exoplanetas sobre su estrella madre. Ahora se explica por qué los primeros exoplanetas descubiertos son los más fáciles de descubrir: planetas gigantes, como Júpiter, con masas alrededor de unas pocas veces la masa del gigante de nuestro Sistema Solar, ya que estos planetas son los que más fácilmente pueden alterar gravitacionalmente a su estrella madre. A pesar de que alguno de estos métodos de detección es algo complejo, me gustaría enumerarlos a continuación, como referencia. Son los siguientes:

Velocidad Radial

La inmensa mayoría de los primeros exoplanetas detectados lo han sido gracias a este método, consistente en la medición de las oscilaciones que un planeta provoca en la estrella alrededor de la cual orbita y que se traducen en alteraciones en la longitud de onda recibida, el conocido efecto Doppler. Para poder medirlo se ha hecho necesario detectar variaciones de velocidad de sólo 3m/s, la misma que tiene una persona al trote. Por ejemplo, la velocidad radial del Sol varía con un periodo de 12 años, periodo que coincide con el periodo orbital de Júpiter. Un ser extraterrestre que estuviera analizando nuestro Sol, comprendería que esas variaciones en la velocidad de la estrella se deberían a un planeta que orbitaría la estrella con un periodo cercano a los 12 años, descubriendo así Júpiter. El Sol presenta también una pequeña variación en la velocidad radial debido a Saturno. La del resto de planetas es imperceptible. De ahí que el extraterrestre tuviera el mismo problema que nosotros: cuanto más pequeño sea el planeta, más difícil es detectarlo; de ahí que se produzca ese sesgo estadístico: no es que la mayoría de los primeros planetas fueran como Júpiter: es que los planetas como Júpiter son los que podíamos detectar.

Imagen directa

Muy complicado porque el planeta es millones de veces menos brillante que la estrella y queda ocultado por la luz de la misma, pero funciona con planetas gigantes, que estén muy alejados de su estrella que, a su vez, tiene que estar relativamente cerca de nosotros..

Tránsitos

En un tránsito, la disminución de la luminosidad es función de la relación de tamaños entre la estrella y el planeta. Los tránsitos tienen la gran ventaja de que, por definición, permiten asegurar que la órbita de la estrella coincide con el plano de nuestra visual, lo que permite conocer tanto la masa real del exoplaneta como su diámetro, y por tanto la densidad. Además, se abre la posibilidad de realizar análisis espectrométricos de la atmósfera planetaria.

Lentes gravitacionales.

El paso fortuito de otra estrella por detrás de la que queremos examinar provocará una situación relativista, en la que la luz de la estrella de fondo será curvada por la masa de la estrella problema. Si hay un exoplaneta en órbita de esta última, el efecto de la lente será complejo: la imagen llegará al observatorio duplicada y aumentada. Un planeta en órbita de la estrella intermedia altera todavía más el trayecto de la luz

Enumerados estos métodos casi por obligación, quería hablaros de KOI-872c. Este exoplaneta es el segundo conocido que orbita la estrella KOI-872. Los exoplanetas se designan con el nombre de la estrella, seguido de una letra minúscula en orden alfabético desde la “b”, que indica el orden de descubrimiento, no la distancia a la estrella. Pues bien, este exoplaneta ha sido el primero en ser descubierto por los efectos gravitaciones que alteraban, no la estrella en sí, si no a KOI-872b, un exoplaneta descubierto por el método de tránsito. Es decir, KOI-872b pasa entre su estrella y nosotros. La disminución en la luz que detectan los telescopios más sensibles permitió descubrirlo. Sin embargo, el planeta mostraba una irregularidad en esos tránsitos sólo explicable si otro objeto estaba alterando la órbita gravitacionalmente. Esto permitió descubrir KOI-872c.

Fijaos: este mismo método fue el que aplicaron Urban Le Verrier (1811-1877) y John Couch Adams (1819-1892) de manera independiente, para descubrir el planeta Neptuno. Fue en 1845. Adams (1819-1892), astrónomo y matemático inglés, calculó la órbita de un nuevo planeta cuyos efectos gravitacionales explicarían por qué Urano no seguía la órbita predicha por las leyes de Kepler. La búsqueda se demoró en parte por el escepticismo del astrónomo real G.B. Airy (1801-1892). En 1846, J.G.Galle (1812-1910), consiguió ver por primera vez el nuevo planeta llamado posteriormente Neptuno. Galle utilizó los cálculos de Le Verrier.

Si te gustan los podcast, escucha este episodio 29 de El Planeta de Pascua aquí: Exoplanetas: de 51 Pegasi a KOI-872