¿Hay planetas como el nuestro alrededor de otras estrellas? Understand article

Traducido por José María Cordobés. Uffe Gråe Jørgensen de la Universidad de Copennague (Dinamarca) describe la búsqueda planetas semejantes a la Tierra en algún lugar de nuestra Galaxia.

El Observatorio ESO en la
Silla, Chile

Imagen autorizada por ESO

Hay cien mil millones de estrellas en nuestra Galaxia, la Vía Láctea. Muchas de ellas son muy semejantes a nuestro Sol. ¿Quiere esto decir que hay millones o miles de millones de planetas semejantes a la Tierra en nuestra Galaxia, planetas con vida, quizás como la nuestra? Hasta ahora, los astrónomos sólo han sido capaces de identificar planetas muy diferentes en nuestro Sistema Solar, pero en agosto del año 2005, nuestro grupo descubrió el primer planeta fuera de nuestro  sistema solar que podría haberse formado y evolucionado del mismo modo que nuestra Tierra.

Los científicos piensan que nuestro sistema solar se formó a partir de una gran nube interestelar que colapsó hace unos 4.600 millones de años. La mayor parte de la nube dió origen a nuestro Sol, pero debido a su estado de rotación, una pequeña fracción de la misma formó un disco de gas y polvo que giraba alrededor del Sol. En la parte más externa del disco, muy alejada del Sol y más allá de la actual órbita de Júpiter, la temperatura era suficientemente baja como para que el agua formase cristales de hielo y nieve. Como ocurre en un día de nieve de invierno, así ocurrió allí, pero durante millones de años. La unión de partículas de polvo y nieve originó lentamente agregados de materia sólida, como una especie de bolas de nieve sucias. Cuando la primera de estas bolas fue mayor que quince veces la masa de la Tierra, su gravedad arrastró hacia así el gas que la rodeaba. De esta forma esta bola de nieve sucia se transformo en un gran planeta, con un núcleo sólido rodeado por enormes cantidades de gas a alta presión –llamamos  a esto planeta gaseoso, aunque contenga en su interior un núcleo de hielo con pequeñas cantidades de roca y metal. Júpiter que es el mayor planeta de nuestro Sistema Solar, contiene trescientas veces más masa que la Tierra, principalmente en forma de gas hidrógeno y gas helio a alta presión.

Sin embargo, en la parte más interna del disco, cerca del Sol, la temperatura era tan alta que impidió al agua formar nieve. Pero el agua permaneció en la nube, de la misma forma que está en la atmósfera en un día de verano. Únicamente las pocas partículas de roca y metal pudieron formar agregados sólidos y por eso los planetas interiores, Mercurio, Venus, La Tierra y Marte se convirtieron en pequeñas masas rocosas con un núcleo de hierro en su interior, iguales a las rocas de nuestra Tierra que nos son tan familiares. La falta de nieve en la parte interior de la nube impidió a los planetas de esta región llegar a ser enormes planetas gaseosos como Júpiter. La pequeña cantidad de agua y atmósfera que observamos hoy vino a la Tierra más tarde, de una forma compleja que aún hoy es objeto de intenso debate entre los científicos, pero que es insignificante comparada con las enormes masas de gas de Júpiter y los demás planetas gaseosos.

Fué una gran sorpresa el hecho de que el primer planeta descubierto en otra estrella, en 1995, fuese un planeta gaseoso gigante con una pequeña órbita. A primera vista, el descubrimiento de este planeta, 51 Pegaso b, chocó con nuestra manera de entender cómo se formaron los sistemas planetarios, tal como lo hemos aprendido de nuestro sistema Solar: grandes planetas gaseosos en órbitas grandes y pequeños planetas, como nuestra Tierra, en órbitas más pequeñas. Sin embargo el método que había sido utilizado para encontrar planetas (ver abajo) era adecuado sólo para esos extraños planetas.

Hoy se piensa que estos extraños planetas se formaron de la misma manera que Júpiter y Saturno, pero que lentamente  se aproximaron hacia la estrella respecto a la cual orbitan. Si Júpiter se hubiese comportado de esa manera, habría engullido nuestra pequeña tierra en su interior mientras se acercaba a  nosotros y la Tierra no existiría hoy. Pero las órbitas de todos nuestros planetas son notoriamente estables. No sabemos si esta estabilidad es normal en los sistemas planetarios, o si es única en nuestro Sistema Solar. Sin ella, la situación muy probablemente habría cambiado drásticamente y con demasiada frecuencia para que nuestra frágil vida hubiera sobrevivido. Por ejemplo, la estabilidad de los planetas exteriores, originó que más de un billón de cometas fueran eliminados de la parte interior del nuestro Sistema Solar poco tiempo después de que la Tierra se formase. Si hubiesen permanecido allí, las colisiones producidas con ellos habrían hecho desaparecer nuestra atmósfera y evaporado los océanos, impidiendo a la vida subsistir. Quizás vivimos en nuestro Sistema Solar porque es el único lugar en el Universo que permite a la vida sobrevivir y desarrollarse a escalas de tiempo biológicas.

Una comparación de las
órbitas de Mercurio, Venus y
la Tierra con la órbita de 51
Pegasi b, el primer
exoplaneta descubierto

Si un planeta gira alrededor de una estrella diferente de nuestro Sol, lo llamamos planeta extrasolar o exoplaneta. Desde 1995, los científicos han descubierto casi 200 exoplanetas. La mayor parte de ellos, incluyendo el primero, han sido descubiertos utilizando la técnica de la velocidad radial, que busca cambios en la posición de las líneas espectrales de la estrella y es la más sensible a grandes planetas girando en pequeñas órbitas. La mayor parte de las otras técnicas que se usan para buscar planetas extrasolares son también sensibles especialmente a planetas muy diferentes a los de nuestro sistema solar. Esa es la razón de que continuemos encontrando planetas inesperados. Observamos grandes planetas gaseosos con pequeñas órbitas donde no pueden haberse formado o enormes y brillantes planetas en órbitas de gran radio, alrededor de estrellas muy pequeñas. Pero esto no significa necesariamente que planetas como la Tierra sean raros en el Universo. Lo que necesitamos es buscarlos con otros métodos. La principal dificultad en detectar planetas como la Tierra alrededor de estrellas distantes, es que la Tierra es pequeña  (su luz es oscurecida por la luz de la estrella) y al mismo tiempo está en una órbita relativamente grande (su estrella debe ser observada durante bastante tiempo para detectar cualquier movimiento periódico).

Durante algunos años, nuestro grupo ha estado trabajando en la mejora de un método llamado “microlensing” que es particularmente sensible a planetas en órbitas semejantes a la de la Tierra y a aquellos con masas tan pequeñas como la de ella. Cuando una estrella pasa delante de otra, su campo gravitatorio desvía la luz de la estrella más lejana. La estrella más próxima actúa como una lupa porque hace que la luz de la de detrás nos llegue desde varias direcciones al mismo tiempo, pareciendo ésta más brillante. Si la estrella cercana está sola (es decir no hay planetas girando alrededor de ella), su campo gravitatorio será simétrico y el brillo de la estrella de detrás primero aumentará al acercarse una estrella a otra y luego disminuirá cuando las estrellas se separen de nuevo. En este caso la curva de luz es simétrica en el tiempo. En cambio, si la estrella de delante tiene un planeta, el campo gravitatorio será asimétrico. El brillo de la estrella de detrás decrecerá de una forma diferente a cómo ha aumentado: la curva de luz será asimétrica. Son estas asimetrías las que buscamos. Ordinariamente la estrella de delante será una estrella algo más pequeña que nuestro Sol (hay bastantes de  esas en nuestra galaxia) y la estrella de detrás será una estrella gigante roja, fría, (las más fáciles de identificar porque son muy brillantes).

Explicación del microlensing
Imagen facilitada por Knight
Ridder / Tribune Information
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En el Observatorio de Las Campanas, en Chile, un equipo polaco llamado OGLEw1 observa unas cien millones de estrellas, y alerta a la comunidad científica cuando alguna de ellas hace de microlente. Como una colaboración entre telescopios de la Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Observatorio Austral (ESO) en Australia y Sudáfrica, hemos formado el Grupo PALNETw2 que estudia lo mejor de las alertas de OGLE las 24 horas del día.

En los momento más críticos, observamos una determinada estrella cada pocos minutos. De esta forma hemos analizado curvas de luz de más de 200 sucesos tipo microlente durante los últimos tres años. A partir de muchas curvas de luz que no mostraban señales de planetas, concluimos que planetas como Júpiter y Saturno (es decir grandes planetas gaseosos) en órbitas como las suyas propias (órbitas grandes), son raros en nuestra galaxia. En otras palabras, la clase de planetas que estabilizó nuestro sistema solar a escalas de tiempo biológicas, parece ser poco frecuente en el Universo – una conclusión importante para estimar las probabilidades de encontrar vida como la nuestra en algún lugar de la galaxia.

Planeta extrasolar OB05390
Imagen facilitada por el ESO

Sin embargo, en agosto del año 2005, el telescopio danés del ESO en La Silla, Chile, observó las primeras señales del tipo de curva de luz asimétrica que habíamos estado buscando y que sugería la existencia de un planeta. Inmediatamente lo notificamos a todos  nuestros colaboradores y en las siguientes seis horas, cuatro telescopios en Chile, Nueva Zelanda y Australia confirmaron este fenómeno. Después de tres meses de trabajo sobre la curva de luz, nos convencimos de que habíamos encontrado la señal del menor exoplaneta observado hasta esa fecha, y en enero del año 2006, anunciamos el descubrimiento en la revista Nature (Beaulieu y col., 2006).

El nuevo planeta lleva el nombre OGLE-2005-BLG-390Lb, o brevemente OB05390. Su masa es cinco veces la masa de la Tierra (es decir, es más parecido a la Tierra que Marte, cuya masa es la décima parte de la de nuestro planeta) y gira alrededor de una estrella que está a 22.000 años luz, en una órbita que es tres veces mayor que la órbita de la Tierra. Es por tanto el único exoplaneta conocido que, según las teorías actuales, es de naturaleza rocosa como la Tierra y gira alrededor de su estrella a una distancia a la que podría haberse formado. Bien puede ser el primer sistema solar distinto al nuestro que se nos muestra, en el que los planetas se encuentran en órbitas estables y donde existen requisitos para la vida en una escala de tiempo biológica, como en nuestro Sistema Solar.
 

Desarrollos recientes sobre exoplanetas en el ESO

El descubrimiento en La Silla de un exoplaneta de masa cinco veces la masa de la Tierra es el último logro de una larga serie de avances hechos con los telescopios del ESO. El Observatorio La Silla Paranal del ESO con los instrumentos que forman parte del Gran Telescopio (Pierce-Price, 2006) y los telescopios más pequeños, es un lugar idóneo para el estudio de exoplanetas, con medios para la obtención de imágenes con óptica adecuada, espectroscopía de alta resolución y observaciones planificadas a largo plazo.

2002: Descubrimiento de un disco de polvo opaco en el que los planetas están formándose o se formarán en el futuro,  y que gira alrededor de una estrella joven de tipo solar. Este disco es similar al que, según los astrónomos, dió origen a la Tierra y a los demás planetas de nuestro Sistema Solar. Para más detalles.

2004: Confirmación de la existencia de una nueva clase de planetas gigantes. Estos planetas están muy cerca de sus respectivas estrellas, girando a su alrededor en menos de dos días terrestres, y están por tanto muy calientes e “hinchados”. Para más detalles.

2004: Descubrimiento del probablemente primer exoplaneta rocoso, un objeto de masa catorce veces la masa de la Tierra. Para más detalles.

2004: Primera imagen obtenida de un exoplaneta, abriéndose el camino para un estudio más directo de los exoplanetas. Para más detalles, ver aqui y aqui.

2004: Elementos para la formación de planetas rocosos descubiertos en las regiones más internas de discos protoplanetarios alrededor de tres estrellas jóvenes. Esto sugiere que la formación de planetas similares a la Tierra, puede ser no tan inusual. Para más detalles.

2005: Descubrimiento de un planeta de masa comparable a la de Neptuno, alrededor de una estrella de poca masa, el tipo más común de estrellas en nuestra galaxia. Para más detalles.

2006: Descubrimiento del exoplaneta más pequeño conocido, con sólo cinco veces la masa de la Tierra (este trabajo). Para más detalles.

2006: Detección de tres planetas semejantes a Neptuno, cada uno con masas entre10 y 20 veces la masa de la Tierra, alrededor de una estrella que tiene un cinturón de asteroides. De todos los sistemas conocidos, éste es el más similar a nuestro Sistema Solar. Para más detalles.

2006: Observaciones muestran que algunos objetos con masas varias veces la masa de Júpiter, tienen un disco girando alrededor de ellos y pueden originarse de una manera similar a las estrellas. Esto hace mucho más difícil definir de un modo preciso qué es un planeta. Para más detalles.

Henri Boffin, ESO


References

Web References

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ESO

Author(s)

Uffe Gråe Jørgensen es Profesor Asociadoen el Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague, Dinamarca


Review

Este artículo proporciona información actualizada sobre desarrollos en el campo de descubrimientos de planetas extrasolares. Detalla el hallazgo de un nuevo planeta parecido a la Tierra, que gira alrededor de una estrella situada a 22000 años luz, usando la técnica del “microlensing”- detección de asimetría en la desviación gravitatoria, a modo de lente, de la luz de una estrella lejana, cuando pasa detrás de otra estrella más próxima -en lugar de la usual búsqueda mediante el corrimiento de las líneas espectrales de una estrella.

Este artículo es de interés especialmente para aquéllos que están estudiando o enseñando Astronomía o Relatividad (como una aplicación de las ideas de Einstein sobre lentes gravitatorias, para actualizar su conocimiento del tema, ó como lectura de interés general. El artículo no tiene un objetivo pedagógico. Dado su lenguaje claro y siendo el tema de gran interés, puede ser expuesto, aclarando algunas cuestiones, incluso a alumnos de 15 o 16 años de edad. También puede servir como inicio de un tema de investigación para alumnos más avanzados.

Mark Robertson, Reino Unido

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