Exolunas: un gran reto para la instrumentación astronómica

En 1821, el astrónomo francés Alexis Bouvard estudiando el movimiento orbital del planeta Urano descubrió ciertas irregularidades con respecto a lo esperado teóricamente. Tras analizarlas propuso la hipótesis de que debía de existir un cuerpo desconocido que estaba perturbando su órbita. El análisis de estos datos por diversos astrónomos posteriores proporcionó algunas estimaciones sobre las características físicas y orbitales que debería de poseer este cuerpo desconocido. Es el 23 de septiembre 1846, cuando el astrónomo alemán Johann Gottfried Galle, tras recibir las coordinadas calculadas por Urbain Le Verrier del lugar donde se debería de encontrar este nuevo planeta, fue la primera persona en visualizar el planeta Neptuno sabiendo realmente qué es lo que estaba observando. Con permiso de Plutón, el cual fue degradado a segunda división en 2006 (actualmente es denominado planeta enano tras la modificación que se realizó ese año en la definición de planeta), 1846 fue el año en que se descubrió el último planeta de nuestro Sistema Solar conocido hasta la fecha.

Todo cambió en la década de los noventa del siglo pasado. Desde hace siglos, el ser humano se ha planteado la posibilidad de que existan otros sistemas solares ahí afuera. De hecho, siguiendo el principio cosmológico que asegura que el Universo es isotrópico y homogéneo, es muy lícito pensar que lo que vemos en nuestro vecindario planetario debe de darse en otros lugares del cosmos. Al poco de comenzar el año 1992, A. Wolszczan y D. A. Frail confirmaron el descubrimiento, por primera vez, de dos exoplanetas, es decir, planetas que orbitan alrededor de una estrella diferente a la nuestra, nuestro Sol. Estos dos lo hacen alrededor del púlsar PSR B1257+12. Un púlsar es una estrella extremadamente densa (la que nos atañe es más masiva que nuestro Sol, pero ¡tiene un radio de 10 km!) que poseen un intenso campo magnético y que rota a unas velocidades muy altas (¡este púlsar da 160 vueltas cada segundo!), lo que provoca la emisión de radiación electromagnética muy intensa. Un sistema planetario no muy agradable para vivir. Posteriormente a este descubrimiento, se confirmó la existencia de un exoplaneta que se había postulado en 1988. Aun así, los primeros en ser confirmados son los anteriormente mencionados.

El siguiente gran hito tuvo lugar en 1994, cuando los astrofísicos suizos Michel Mayor y Didier Queloz comenzaron a buscar exoplanetas orbitando alrededor de estrellas similares a nuestro Sol con el instrumento ELODIE. Sus observaciones fueron muy fructíferas y en noviembre del año siguiente anunciaron al mundo que habían encontrado un planeta similar a Júpiter entorno a una estrella de tipo espectral G, igual que el Sol, llamada 51 Pegasi. Fue un descubrimiento revolucionario, principalmente por orbitar una estrella similar a la nuestra y por ser el primero en ser detectado por el método de la velocidad radial, que comentaremos más adelante. En reconocimiento por tan histórica azaña, este pasado mes de octubre la Academia Sueca otorgó a estos dos astrofísicos, junto con el cosmólogo James Peebles, el Premio Nobel de Física 2019 “por las contribuciones a nuestro entendimiento de la evolución del Universo y el lugar de la Tierra en el cosmos”, y particularmente a los dos primeros “por descubrir un exoplaneta orbitando una estrella de tipo solar”. En declaraciones para la prensa española, durante su paso por nuestro país al poco de ganar el Nobel, nos dejó unas interesantes palabras sobre la investigación en este campo. Al preguntarle por si encontraremos vida en esos planetas, afirma que “al menos sabemos cómo hacerlo”. “Podemos detectar los biomarcadores en la atmósfera que demuestran que hay vida en ellos. Eso sí, nos faltan los instrumentos para analizar la luz del planeta, algo muy complicado porque siempre hay una enorme cantidad de luz emitida por la estrella y es difícil separarlas”. Aquí habla de que se requieren unos instrumentos más avanzados para seguir caracterizando los exoplanetas que vamos descubriendo. Sin embargo, no podemos olvidar que hace tan solo unas pocas décadas, era impensable que pudiésemos detectar planetas orbitando a otras estrellas; conocer su masa, su tamaño, el periodo orbital e incluso la composición de su atmósfera. Pero hoy en día sí, siendo a fecha de octubre de 2019, 4073 exoplanetas confirmados.

Figura 1. El premio Nobel Michel Mayor con estudiantes del Centro de Astronomía de la Agencia Espacial Europea en Madrid (10/10/2019)
Fuente: ESA

Michel Mayor comenta las dificultades tecnológicas que existen en este tipo de investigaciones. Estos planetas se encuentran muy lejos de nosotros y, obviamente, no poseen luz propia, por lo que su detección es realmente complicada. De hecho, de todos esos exoplanetas confirmados, ¡solo el 1,2% ha podido ser observado directamente en imagen! Es decir, el resto “se sabe que están ahí” de forma indirecta por la interacción con su estrella. Un método de los que se emplean y que más exoplanetas ha detectado es el método del tránsito, utilizado cuando el planeta gira alrededor de su estrella en un plano paralelo a nuestra línea de visión. En este caso, visto desde la Tierra, cada media vuelta de su órbita pasará por delante de la estrella, tapando parte de su superficie, y después de otra media vuelta, pasará por detrás. Al observar qué porcentaje de luz de su estrella ha bloqueado al ponerse delante, podemos establecer el tamaño relativo a su estrella.

Otro método también conocido es el de la velocidad radial. Este se basa en el hecho de que cuando un cuerpo orbita alrededor de otro, nos equivocamos si pensamos que el primero da vueltas mientras que el segundo está quieto. En realidad, ambos giran en torno a un punto conocido como centro de masas (que está mucho más cerca de la estrella por ser esta más masiva). Esto se traduce en que el planeta provoca un ligero “bamboleo” en su estrella por el hecho de orbitar alrededor suyo, y este desplazamiento oscilante de la estrella podemos observarlo desde Tierra, pues su luz se enrojece levemente cuando se aleja y se vuelve algo más azul cuando se acerca. Esto es conocido como el efecto Doppler. En España tenemos el privilegio de contar con un instrumento llamado CARMENES, en el Observatorio de Calar Alto en Almería, que ha sido responsable de exitosos descubrimientos mediante este método. Su tecnología es asombrosa: es capaz de detectar si se ha alejado o acercado la estrella en una escala de metros por cada segundo.

Es asombroso el desarrollo de la tecnología que ha tenido lugar en los últimos años y lo rápido que avanza la instrumentación astronómica. El ser humano en su afán de conocimiento siempre quiere ir un paso más allá y nunca cesa en su búsqueda de nuevos descubrimientos. Hemos visto la dificultad que entraña detectar exoplanetas, principalmente por sus pequeñas dimensiones comparadas con su gran lejanía. Aunque lo siguiente implicaría una dificultad mucho mayor, podríamos preguntarnos: si la mayoría de los planetas del Sistema Solar tienen satélites orbitando alrededor de ellos, otros exoplanetas podrían tenerlos; y, en ese caso, ¿seríamos capaces de detectarlos? Nos encontramos con un nuevo reto: descubrir las exolunas.

La primera vez que un estudio mencionó este tipo de objetos con ese nombre fue en 2006, aunque incluso en artículos de 2002 ya se indicaban algunas características que se deberían de esperar sobre estos cuerpos y su relación con sus respectivos planetas. En esa época, lo máximo que se podía hacer era proponer técnicas que permitiesen más adelante detectarlas. En 2012 se propusieron los primeros exoplanetas candidatos a poseer satélites orbitando en torno a ellos. En primer lugar, tenemos al exoplaneta WASP-12b estudiado por investigadores del Observatorio Pulkovo en San Petersburgo (Rusia). En segundo lugar, se encuentra un planeta orbitando a una estrella que recibe el largo y tedioso nombre de 1SWASP J140747.93−394542.6. Vamos a comentar este último más en detalle porque sus observaciones son realmente interesantes.

Figura 2. Recreación artística del planeta Kepler-1625b junto a su satélite
Fuente: NASA/ESA/L. Hustak

Mediante el método del tránsito, se observó que un cuerpo transitaba por delante de la estrella. Ya hemos visto que esto significa que el brillo de la estrella disminuye al producirse el “eclipse”. Sin embargo, en esta ocasión se detectó una curva de luminosidad atípica, con ciertos altibajos. Tras estudiarlo exhaustivamente se concluyó que el planeta podría tener anillos en una disposición similar a nuestro vecino Saturno. Los anillos estarían distribuidos alternando concéntricamente zonas de alta densidad de materia y zonas vacías. La presencia de estas últimas podría indicar la existencia de satélites que habrían “limpiado” las inmediaciones de su zona, haciendo que el material más cercano de los anillos se precipitase hacia el satélite. Debido al reducido tamaño que tendrían estas exolunas, el método del tránsito sería actualmente el más viable para la búsqueda de estos cuerpos. Y así es como se llevó a cabo el siguiente descubrimiento.

El año pasado numerosos medios se hicieron eco de la posible primera detección de una exoluna. Mientras que los casos anteriores se debían más a conjeturas y elucubraciones, eso sí, basadas en argumentos científicos, esta sería la primera curva de luz de una estrella que evidenciaría la existencia de este satélite. La estrella en cuestión recibe el nombre de Kepler-1625 y el planeta, por tanto, Kepler-1625b de acuerdo con la usual nomenclatura que se emplea. Esta detección fue indicada en primer lugar por el Telescopio Espacial Kepler y, posteriormente, se hicieron observaciones más detalladas con el archiconocido Telescopio Espacial Hubble.

Kepler-1625 se encuentra a 8000 años luz de nosotros en la constelación del Cisne. Es una estrella muy similar a nuestro Sol y por ahora solo se ha detectado un planeta orbitando en torno a ella. Este planeta es de tipo joviano, es decir, similar a Júpiter. Es gaseoso, ligeramente mayor que él y muy denso. Se encuentra en la zona habitable de su estrella, lo que quiere decir que está a la distancia adecuada para poder albergar agua líquida bajo las condiciones adecuadas de presión atmosférica. Su satélite no sería mucho más pequeño (a nosotros nos parecería una luna enorme pues sería del tamaño del planeta Neptuno) y orbitaría a una distancia relativamente cercana (les separarían 20 veces el radio del planeta). Hemos de recordar que ni el planeta ni su presunto satélite pueden ser vistos directamente. Lo que detectamos es la disminución de brillo de su estrella que producen cuando pasan por delante de ella. Como el satélite orbita el planeta, cada vez que este pasa por delante de su estrella, el satélite entra en el disco estelar a veces antes y a veces después, pero se podría observar cierta periodicidad. Es por ello por lo que los astrónomos Alex Teachey y David M. Kipping de la Universidad de Columbia (Nueva York, EE. UU.) propusieron que la existencia de una exoluna sería la mejor explicación a los resultados de sus observaciones. En la siguiente imagen se puede ver la curva de luz que se observaría si un planeta con un satélite transita por delante de su estrella. El planeta haría disminuir su brillo, pero a continuación también lo haría, con menor intensidad, la exoluna.

Figura 3. Secuencia de un exoplaneta con satélite pasando delante de su estrella
Fuente: NASA’s Goddard Space Flight Center

Sin embargo, en mayo de este año hemos sido avisados de que quizás no deberíamos abrir el champán tan pronto. Dos equipos independientes, uno estadounidense liderado por Laura Kreidberg y otro italo-alemán liderado por René Heller, han publicado sendos artículos en los que indican que no hay evidencias de que se haya detectado un tránsito lunar y que puede haber explicaciones alternativas. El primer equipo destacaba que “el tránsito del satélite” podría haber sido una falsa señal provocada durante el análisis de los datos. El segundo apuntó que muy diferentes modelos probados (planeta con o sin satélite, solo el satélite, …) ajustaban bien los datos recogidos, por lo que no se podía sacar ninguna conclusión firme. Tras este revuelo, los autores originales se vieron obligados a responder con otro artículo en el que volvían a analizar sus datos defendiendo su postura y señalando que era tan probable que ellos hubieran introducido una falsa detección como que los otros lo hubiesen borrado fruto del procesado de la información.

De cualquier manera, es todavía pronto para confirmar o desmentir por completo la existencia de esta y otras exolunas. Futuras observaciones y el uso de nuevos telescopios espaciales como TESS de la NASA (o el futuro PLATO de la Agencia Espacial Europea, que se prevé sea lanzado en 2026) nos permitirá saber si los grandes avances de la tecnología son suficientes para encontrar estos objetos tan lejanos, pero a la vez tan familiares si volvemos la mirada a nuestro vecindario planetario.

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