Author(s): Malcolm Fridlund
Traducido por José Luis García Herrero. Malcolm Fridlund, de la Agencia Espacial Europea (ESA), describe la búsqueda de exoplanetas y explica de qué manera nos pueden ayudar a conocer el origen de la vida en la Tierra.
CoRoT
El 27 de Diciembre de 2006, la agencia espacial francés CNES (Centre National d‘Etudes Spatiales), la ESAw1 y sus sociosw2 lanzaron el satélite CoRoT para buscar planetas pequeños parecidos a la Tierra fuera de nuestro sistema solar (planetas extra-solares o exoplanetas) y detectar terremotos estelares. El nombre del satélite proviene de los términos “convección” (Co), “rotación” (Ro) y «tránsitos planetarios» (T), y sus objetivos científicos son el estudio de la rotación de las estrellas y los procesos de convección (desplazamiento de masas de gas caliente) del interior de las estrellas, así como la detección de planetas que pasan entre la Tierra y la superficie de la estrella (tránsito planetario).
Este gráfico muestra el tránsito del primer exoplaneta descubierto por CoRoT: CoRoT-Exo-1b. El tránsito produce una disminución de la luminosidad de la estrella cuando el planeta pasa por delante de ella cada 1,51 días. Se trata de un planeta gigante del estilo de Júpiter en cuanto a su masa (determinada a través de observaciones espectroscópicas desde tierra) y con un radio 1,49 +/- 0,08 el tamaño del radio de Júpiter. Haz clic sobre la imagen para ampliarla
Imagen cortesía de la ESA
Los tres fenómenos se pueden estudiar midiendo los cambios de luminosidad de las estrellas observadas. La convección en el interior de las estrellas hace que su intensidad lumínica varíe en algunas partes por millón. Las áreas de gran actividad magnética inhiben los procesos de convección, apareciendo en la superficie zonas de temperatura reducida que se hacen visibles en forma de manchas solares. Cuando la estrella rota, su emisión de luz cambia en una pequeña parte, dependiendo del número de manchas que existan en el hemisferio que se tiene en el campo de visión; de esta manera, la monitorización de las manchas nos informa sobre la velocidad de rotación de la estrella. Por último, cuando un planeta que orbita alrededor de la estrella pasa entre ésta y el satélite CoRoT, se puede detectar una ligera caída periódica en la luminosidad de la estrella.
Los tránsitos planetarios se utilizan para detector exoplanetas, mientras que las medidas de convección y rotación se utilizan para caracterizar la estrella alrededor de la cual orbita el planeta descubierto. CoRoT también se utilizará en astrosismología, detectando las ondas acústicas generadas en el interior, las cuales envían ondas a través de su superficie, conocidas como terremotos estelares (starquakes). La naturaleza de estas ondas permite a los astrónomos calcular con precisión la masa, edad y composición química de la estrella. Sin embargo, en este artículo nos centraremos en la búsqueda de exoplanetas.
CoRoT apunta a la misma dirección durante más de 150 días seguidos, antes de que la translación de la Tierra alrededor del Sol haga que los rayos solares penetren en el telescopio. En ese momento CoRoT gira 180 grados sobre su eje longitudinal y apunta en la dirección opuesta. Haz clic sobre la imagen para ampliarla
Imagen cortesía de la ESA
La medición de estos fenómenos requiere el uso de un telescopio espacial que disponga de un fotómetro (medidor de luz) muy preciso. A diferencia del telescopio espacial Hubble (lanzado en 1990), de un tamaño mayor, CoRoT fue diseñado específicamente para este propósito y dispone de un diámetro de sólo 30 cm. El único instrumento a bordo es una cámara que toma una imagen cada 32 segundos. Después, el ordenador de a bordo mide los cambios en la luz de cada estrella, y con el tiempo va generando una curva de luz. CoRoT se mantiene apuntado a la misma zona del cielo durante 150 días seguidos y observa 12000 estrellas simultáneamente. Cuanto más tiempo pase orientado hacia las mismas estrellas, más tránsitos puede detectar.
CoRoT puede detectar planetas cercanos a su estrella, con períodos de traslación de hasta 50-75 días, y puede detectar planetas tan pequeños como la Tierra. La forma de la curva de luz (ver diagrama superior) nos informa sobre cómo se mueve el planeta, cómo se comportan las capas más externas de la estrella y también sobre el tamaño del planeta. Cuando CoRoT detecta un planeta, los astrónomos pueden observar la estrella y su sistema planetario con otros instrumentos en telescopios terrestres de gran diámetro, y conocer así más detalles.El satélite CoRoT ya ha encontrado varios planetas grandes. Ahora está empezando a encontrar lo que se cree que son planetas pequeños. Esto nos debería permitir saber cómo de común es nuestro planeta en el Universo.
Vida extraterrestre
Impresión artística del
satélite CoRoT en su órbita a
una altura de 900 km sobre
los polos terrestres
Imagen cortesía de ESA / CNES
¿Por qué es importante saber si los planetas similares a la Tierra (es decir, pequeños y rocosos) son muy comunes? En primer lugar, porque nos gustaría saber si nuestro planeta es único. Además, encontrar planetas parecidos a la Tierra fuera del sistema solar nos puede ayudar a comprender cómo apareció la vida en la Tierra hace unos 3500 millones de años.
Basándose en una hipótesis formulada hace más de treinta años, los científicos piensan que todos los tipos de «vida» funcionan igual que en la Tierra, y que las formas de vida extraterrestre deberían tener el mismo metabolismo que la nuestra. Por lo tanto, los investigadores basan sus estudios en lo que ocurrió en la Tierra. Aunque el proceso por el cual apareció la vida en la Tierra por primera vez no se conoce, se piensa que está ligado a la presencia de agua líquida en la superficie de un planeta rocoso. Por tanto, si existen planetas parecidos a la Tierra, ¿es posible que haya vida en alguno de ellos?
Encontrar un exoplaneta tan pequeño como la Tierra es complicado. ¿Cuánto más complicado sería entonces observar formas de vida a tales distancias? Sería particularmente difícil si se tratara sólo de bacterias, que fueron los únicos organismos vivos sobre la Tierra en los primeros tiempos y todavía son un millón de veces más numerosos que toda la población del resto de especies, e incluso posiblemente que el número del resto de especies.
La clave está en encontrar un planeta cuya atmósfera se encuentre en equilibrio químico. La atmósfera de un planeta (como cualquier otra cosa) tiende hacia un estado de equilibrio (en el que cada reacción química se produce a la misma velocidad que su reacción inversa). La vida, sin embargo, cambia su entorno: por ejemplo, todo el oxígeno libre (O2) en nuestra atmósfera ha sido generado por organismos vivos; las plantas y otros organismos toman dióxido de carbón y lo procesan generando oxígeno, que después es liberado a la atmósfera. El oxígeno es tan reactivo que si toda la vida desapareciera de la Tierra, el oxígeno libre de nuestra atmósfera desaparecería en menos de 4 millones de años (un período corto si tenemos en cuenta la edad de la Tierra).
Impresión artística del
planeta extrasolar HD
189733b, del tamaño de
Júpiter, cuya atmósfera
contiene metano y agua (a
partir de estudios realizados
con los telescopios Hubble y
Spitzer). El metano es la
primera molécula orgánica
que se ha encontrado en un
exoplaneta. Los
descubrimientos provienen
de los estudios
espectroscópicos de la luz de
la estrella madre que ha
atravesado la atmósfera del
planeta
Imagen cortesía de la ESA
Un desequilibrio químico similar ocurrió cuando la vida se originó en la Tierra y las bacterias produjeron una sobreabundancia de metano. ¿Qué ocurrió con las bacterias productoras de metano y su mundo? Por el momento lo desconocemos, pero se piensa que nuevos organismos evolucionaron que producían oxígeno en vez de metano: el oxígeno era venenoso para los productores de metano y la mayoría perecieron.
La composición del gas y otras condiciones, como la temperatura y la presión, nos permiten saber cómo debería ser el estado de equilibrio (en el caso de la Tierra, similar a la atmósfera de Marte). Por tanto, si pudiéramos analizar el equilibrio químico de la atmósfera de una exoplaneta, podríamos determinar si exista vida tal como la conocemos, e incluso conocer hasta qué estado ha progresado (productores de metano u oxígeno).
Los telescopios espaciales Hubble y Spitzer, así como telescopios terrestres, han estudiado las atmósferas de dos exoplanetas masivos y muy calientes, y en una de ellas se ha detectado agua y metano (ver imagen a la derecha). Se trata de un paso más hacia la planetología comparada; es decir, comparar los planetas de nuestro sistema solar con los de otros sistemas. Con la ayuda de telescopios como CoRoT, diseñados específicamente para encontrar pequeños planetas rocosos similares a la Tierra, podemos esperar encontrar en los próximos años otras estrellas orbitadas por planetas muy similares al nuestro.
Sin embargo, la tecnología actual no es suficiente para analizar las atmósferas de planetas tan pequeños. La luz que nos llega de un exoplaneta es extremadamente débil y se hacen necesarios telescopios con aperturas enormes: de todos los fotones emitidos por un exoplaneta, a la Tierra sólo llegan unos pocos por metro cuadrado. Además, nuestra atmósfera contiene tanto oxígeno y metano que ya hay muchos “fotones de oxígeno” y “fotones de metano” (fotones con la firma del oxígeno o del metano, respectivamente). Los pocos “fotones de oxígeno” y “fotones de metano” provenientes de un exoplaneta tendrían que competir con los anteriores, haciendo imposible la tarea de detectarlos. En consecuencia, es necesario salir al espacio, con grandes telescopios, lo cual es muy difícil y caro. Los científicos están desarrollando la próxima generación de instrumentos técnicamente capaces de realizar las observaciones necesarias para indicarnos si estos planetas también han generado vida, y en tal caso, qué ha ocurrido con ella.
Por último, esperamos aplicar este conocimiento para comprender la evolución de la vida en nuestro planeta.
Web References
- w1 – Si quieres saber más sobre la Agencia Espacial Europea, consulta: www.esa.int
- w2 – Si quieres saber más sobre el satélite CoRoT y los socios de su misión, consulta: www.esa.int/science/corot
- w3 – Si quieres saber más sobre ESTEC, consulta el sitio web de la ESA o consulta el enlace directo: http://tinyurl.com/39nw3r
- w4 – Si quieres saber más sobre el Observatorio Austral Europeo (ESO), consulta: www.eso.org
Resources
Institutions
Author(s)
Malcolm Fridlund es un astrónomo sueco que ha trabajado en el Centro de Tecnología e Investigación Espacial Europeo de la ESAw3 (ESTEC) desde hace más de 20 años. Se ha especializado en el área de exoplanetas y los métodos usados para encontrarlos y estudiarlos. Actualmente está asignado al proyecto de la ESA para la misión CoRoT.
Review
Este artículo sobre la búsqueda de exoplanetas puede servir para introducir debates sobre qué es la vida y por qué estamos interesados en estudiar las características físicas y químicas de los cuerpos celestes. También se puede utilizar como base para debates filosóficos y sociales sobre la relación de los humanos con posibles formas de vida extraterrestre.
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