CARMENES: El cazador de exoplanetas “marca España”

En los últimos tiempos parece observarse un aumento del interés por parte de los medios de comunicación hacia ciertos descubrimientos relacionados con la astrofísica o la astrobiología. Fenómenos como los eclipses o las lluvias de estrellas, especialmente las Perseidas, no carecen de repercusión mediática, pero, por lo general, la astronomía no es un tema que cope páginas de periódicos o espacios televisivos. Sin embargo, hay algunas noticias que parecen resultar de especial relevancia. Normalmente, son aquellas que están relacionadas con la pregunta: ¿puede haber vida, o las condiciones para que esta se dé, en otros lugares del Universo? Es por ello por lo que la gente siente gran fascinación cuando ven en televisión el lanzamiento de un nuevo rover a Marte o el descubrimiento de un sistema solar diferente al nuestro que alberga planetas con algunas características similares al nuestro. En realidad, tanto las investigaciones de Marte in situ como la búsqueda de exoplanetas tienen unos fines y objetivos mucho más amplios y variados que sólo la búsqueda de otros seres vivos fuera de la Tierra. Pero de estos temas ya nos ocuparemos en próximos posts (avecino que habrá bastantes artículos míos al respecto pues, aunque físico, siento gran interés por la astrobiología y la geología planetaria).

Vamos por partes. En primer lugar: ¿qué es un exoplaneta? Se denomina planeta extrasolar o exoplaneta a aquellos planetas que orbitan alrededor de otras estrellas que no son nuestro Sol. El primero en ser detectado y confirmado (en 1995, por Michael Mayor y Didier Queloz) recibió el nombre de 51 Pegasi b. Los exoplanetas se nombran a partir de la estrella alrededor de la que orbitan. En este caso, 51 Pegasi es su estrella y recibe la letra “b” minúscula por ser el primer planeta detectado en ella. Si, posteriormente, se hubiesen descubierto más, habrían recibido las letras “c, d” y sucesivas. Algunos de los exoplanetas más conocidos, han recibido nombres propios aprobados por la Unión Astronómica Internacional, como en la votación del 2015 en la que se otorgó a 51 Pegasi b el nombre de Dimidio. Desde 1995 y hasta la fecha de publicación de este artículo, se han confirmado 3848 exoplanetas. Un número importante de ellos han sido y serán observados por telescopios espaciales como Kepler, que empezó a funcionar en 2009 o TESS, que ha comenzado su andadura este año. Las observaciones desde el espacio presentan un gran número de ventajas comparadas con las que se realizan con telescopios terrestres. Aun así, existen un buen número de instrumentos que operan desde tierra repartidos por todo el mundo: HARPS (Chile), AAPS (Australia), SOPHIE (Francia), OGLE (Polonia) y un largo etcétera. Pero, no hace falta irse demasiado lejos para encontrarnos con uno de ellos.

En el sur de España, a unos 50 minutos en coche de Almería, se encuentra el Centro Astronómico Hispano-Alemán de Calar Alto. Aunque menos famoso que el Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma, Islas Canarias), el Observatorio de Calar Alto es uno de los centros de investigación astrofísica más importantes de nuestro país. Son cuatro los telescopios, aunque uno de ellos pertenece al Observatorio Astronómico Nacional de España que se encuentra en Madrid. El más grande de ellos es un telescopio reflector que cuenta con un espejo ¡de 3,5 metros de diámetro! Uno se siente realmente pequeño cuando está junto a este “mastodonte”. Justo debajo de él, en el lugar donde se concentra la luz proveniente de los objetos estelares que observa, se encuentra CARMENES. El nombre de este instrumento es un acrónimo inglés que en español sería algo así como: Búsqueda de alta resolución de estrellas enanas de tipo M con exoplanetas en Calar Alto mediante espectrógrafos Échelle en el óptico e infrarrojo cercano. Veamos más en profundidad qué es y lo que hace.

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Aquí estoy yo junto a CARMENES, bajo el telescopio de 3,5 metros,
tratando de no mostrar el frío que estoy pasando (hacía unos 0 ºC
en el interior de la cúpula y no se me ocurrió otra cosa que quitarme
varias prendas para hacerme la foto y quedar ¿mejor?)

Vamos con el primer concepto. Un espectrógrafo es un instrumento óptico que descompone la luz que le llega en los múltiples colores que la forman. Aplicado a la astrofísica, nos permite conocer el tipo de estrella que estamos observando y cuál es su composición. Cuando analizamos un espectro de una estrella no nos encontramos con un abanico de colores perfecto. Si nos fijamos en la parte inferior derecha de la siguiente imagen, en la que se ve un ejemplo esquemático de un espectro estelar, podemos observar una serie de líneas negras superpuestas. Eso significa que ciertos colores (o, más formalmente, longitudes de onda) no nos están llegando de la estrella. Esto ocurre porque en ella se encuentran algunos elementos químicos que absorben justamente esa longitud de onda y, por tanto, no llega hasta nosotros. Algunos de esos elementos pueden ser hidrógeno, helio, hierro, magnesio, oxígeno, … Todos estos elementos producen líneas negras en lugares concretos del espectro (cada uno de ellos absorbe unas longitudes de onda específicas), por lo que, analizando cuántas líneas aparecen y dónde están, podemos saber de qué está compuesta la estrella. Es como si fuera su “código de barras”: nos proporciona valiosa información sobre ella.

Fuente: https://polytechexo.wordpress.com/

Entonces, ¿qué tiene que ver todo eso con los exoplanetas? Pues bien, resulta que cuando un cuerpo orbita alrededor de otro no lo hace exactamente entorno al centro del segundo cuerpo. ¿Ah no? ¿y eso desde cuándo?, podríamos preguntarnos. Puede parecer algo extraño, pues lo que siempre nos suelen contar es que, por ejemplo, la Tierra se mueve siguiendo una órbita circular alrededor del Sol. En realidad, tanto la Tierra como el Sol están girando alrededor de un punto que se conoce como centro de masas o baricentro. No entraremos demasiado en este término, pero si diremos que dicho punto se encuentra siempre más cerca del cuerpo con mayor masa, es decir, más lejos del cuerpo que decimos que orbita entorno al otro. En la imagen anterior lo podemos ver (de forma exagerada para mejorar su visualización) en la parte superior izquierda. De esta forma, cuando un planeta gira entorno a una estrella, esta realiza un pequeño movimiento de bamboleo alrededor del centro de masas. En esa imagen vemos la órbita del planeta perpendicularmente a nosotros, pero si la viésemos de canto (telescopio de la parte inferior izquierda de la imagen), observaríamos que la estrella se aleja de nosotros en ciertos momentos y se acerca a nosotros en otros.

Los exoplanetas, desgraciadamente, están tan lejos, son tan pequeños y emiten tan solo la poca luz que puedan reflejar de su estrella, que es prácticamente imposibles verlos directamente. De los 3848 planetas que han sido descubiertos, tan solo se han podido fotografiar 44. Es decir, la inmensa mayoría tienen que ser detectados indirectamente, analizando el efecto que producen sobre su estrella. Aquí es donde se juntan el “bamboleo estelar”, del que acabamos de hablar, con los espectros. En física existe un fenómeno llamado efecto Doppler que provoca un cambio en las ondas que son emitidas por una fuente en movimiento. ¿Te has dado cuenta de que cuando se acerca una ambulancia hacia ti el sonido suena más agudo (longitud de onda del sonido corta) y sin embargo cuando se aleja se oye más grave (longitud de onda del sonido larga)? Pues eso es el efecto Doppler. Con la luz, como también es una onda, ocurre algo similar. En nuestro caso, cuando la estrella se acerca, la luz se ve más azulada (longitud de onda de la luz corta). Sin embargo, si se aleja, la luz se ve más rojiza (longitud de onda de la luz larga). Por tanto, si observamos que las líneas negras del espectro que vimos anteriormente aparecen en una zona del espectro más hacia el rojo o más hacia el azul de lo normal, quiere decir que la estrella se está alejando o acercando, respectivamente. Si ese análisis es consistente con lo esperado en estos casos, ¡voilà!, la estrella tiene un planeta dando garbeos a su alrededor.

Este método de detección de exoplanetas se llama detección por velocidad radial y ya se han detectado 695 planetas haciendo uso de él. El equipo de CARMENES hace esto mismo, con la finalidad de detectar exoplanetas alrededor de estrellas enanas de tipo M. La elección de este tipo de estrellas es debido a que son de las más mayoritarias en nuestra galaxia (aproximadamente un 70% del total) y, además, al tener una masa más pequeña que la del Sol, ese bamboleo es más notable y más fácilmente observable. CARMENES comenzó a funcionar en 2016 y sus observaciones se prolongarán, mínimo, hasta 2021. Este instrumento ha sido un reto tecnológico de dimensiones colosales. Su precisión máxima es de 1 m/s de velocidad radial. Es decir, podemos observar cuánto se mueve una estrella de decenas de miles de kilómetros de radio que se encuentra a millones de millones de kilómetros ¡con una precisión de metros por segundo!

Hasta el momento de publicación de este artículo, CARMENES ha descubierto cuatro exoplanetas, además de ayudar a confirmar muchos otros anteriormente observados. El 15 de diciembre de 2017 se anunció el primer exoplaneta descubierto por el equipo de CARMENES: un planeta ligeramente más masivo que Neptuno (25 masas terrestres) orbitando en la zona habitable de la estrella HD 147379. Seguro que en los próximos años seremos testigos de nuevos y apasionantes descubrimientos llevados a cabo por este consorcio hispano-alemán que no tiene nada que envidiar a los de otros países.

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