Pale Blue Dot, Pale Red Dot, Pale Green Dot, …

Por Alan Boss, Carnegie Institution for Science

El mismo Carl Sagan se asombraría de todo lo que ha ocurrido desde que se anunciase la primera evidencia de un planeta gigante alrededor de una estrella como el Sol hace 20 años, en octubre de 1995. El anuncio del descubrimiento de un planeta gigante en órbita alrededor de la estrella 51 Pegasus por Michel Mayor y Didier Queloz, seguido por la confirmación, unas semanas después, por Geoff Marcy y Paul Butler, fue algo completamente inesperado. No porque 51 Peg b tenga la mitad de masa que Júpiter, o por tener una órbita circular, sino porque 51 Peg b orbita su estrella a una distancia 100 veces más pequeña que Júpiter, 20 veces más cerca de 51 Peg b de lo que la Tierra está del Sol. Los teóricos como yo nunca imaginaron que un gigante gaseoso pudiera formarse tan cerca de una estrella, en una región donde no debería existir el material a partir del cuál pudiera crearse. Por otro lado pensábamos que si un planeta gigante se hubiera formado a una distancia más razonable, en una órbita como la de Júpiter, y la interacción gravitatoria entre el gigante y el disco de formación planetaria residual de gas y polvo lo hubiera arrastrado hacia la protoestrella, ésta se habría tragado al planeta necesariamente. 51 Peg b demostró que los teóricos especializados en formación planetaria estábamos equivocados… y a día de hoy seguimos intentando entender por qué.

Changes in the velocity of the Sun-like star 51 Peg used by M. Mayor and D. Queloz to infer the presence of a planet in a short period orbit around the star.
M. Mayor y D. Queloz utilizaron cambios en la velocidad de la estrella 51 Peg para deducir la presencia de un planeta con un corto periodo orbital alrededor de la estrella. Fuente: arXiv:astro-ph/0310261

Dos meses después del anuncio de 51 Peg b, Carl Sagan nos escribió una carta a George Wetherill y a mí, reivindicando su predicción teórica de que un planeta como 51 Peg b era posible. Sagan había publicado un artículo con un colega en 1977 que usaba un modelo simple de formación planetaria para predecir que si la mayor parte de la masa de un disco protoplanetario estaba concentrada en el centro, entonces un planeta masivo podría formarse a una distancia unas 10 veces mayor a la que se había formado 51 Peg b. Aquel artículo concluía, sin embargo, que ese mecanismo de formación era “bastante cuestionable”. Con el descubrimiento de 51 Peg b, Sagan dejó de considerar su modelo “cuestionable” y se atribuyó el mérito de la primera predicción teórica de un planeta extrasolar. Wetherill y yo no aceptamos la reivindicación de Sagan, a la que poníamos varias objeciones: primero, las condiciones iniciales que Sagan asumió para el disco no eran válidas, y segundo, que un modelo tan simple podría no ser válido. La especialidad de Wetherill eran los modelos computacionales detallados, asentados sobre las bases desarrolladas por Victor Safronov y sus colegas, y Wetherill consideraba que el modelo tan simple usado en el artículo de 1977 estaba más cerca de la numerología que de la física de verdad. Por tanto, educadamente, evitamos apoyar la reivindicación de Sagan sobre su autoría teórica en el descubrimiento.

Un año después, Carl Sagan murió a la edad de 62 años de una grave enfermedad de la médula ósea (mielodisplasia), lo que conmocionó a todos los que le considerábamos un profeta en la búsqueda de vida más allá de la Tierra. Al igual que recuerdo mi clase de secundaria cuando me enteré del asesinato de Keneddy en 1963, recuerdo el semáforo en el que estaba parado cuando oí en la radio el anuncio del fallecimiento de Carl. Hasta el momento de su muerte, el número de exoplanetas descubiertos mediante espectroscopía Doppler (ver http://home.dtm.ciw.edu/users/boss/planets.html) había llegado a siete, cinco de los cuales fueron descubiertos por Butler y Marcy, y la lista de candidatos ya estaba creciendo a un ritmo de un planeta al mes. Carl fue un visionario y un profeta que vivió lo suficiente para captar un destello de la Tierra Prometida más allá de la Tierra, pero no lo suficiente para entender la inmensidad de planetas extrasolares que existen.

51 Peg b no fue el primer exoplaneta que alguien creyó haber descubierto. El anuncio más famoso fue el de un gigante gaseoso que se pensó que podía orbitar la estrella de Barnard, una enana roja similar a Proxima Centauri, que es nuestra vecina más cercana después del sistema triple Alpha Centauri AB/Proxima Centauri. En 1963, Peter van de Kamp anunció el descubrimiento de este planeta, un 60% más masivo que Júpiter y con un periodo orbital que doblaba los doce años que dura el año joviano. Este planeta tenía mucho más sentido para los teóricos que 51 Peg b, y fue aceptado como una detección real. Van de Kamp había usado el método astrométrico para buscar perturbaciones de la estrella central causadas por un planeta oculto, tomando gran cantidad de un conjunto independiente de placas fotográficas que demostraron que las perturbaciones que van de Kamp pensaba que eran debidas a un planeta alrededor de la estrella de Barnard, eran en realidad debidas al propio telescopio refractor de 24 pulgadas que se había usado, así como a las emulsiones fotográficas utilizadas. A partir de 1973 no hubo nuevos ejemplos de posibles planetas fuera de nuestro sistema solar, por lo que los teóricos se concentraron únicamente en los problemas asociados a la formación de nuestra propia colección de planetas rocosos, y de gigantes de gas y de hielo.

Hubo otras reivindicaciones del descubrimiento de un exoplaneta entre 1973 y 1995. Gordon Walker y Bruce Campbell comenzaron una de las primeras búsquedas por espectroscopía Doppler en 1983, y tras doce años de observación, publicaron un artículo a principios de 1995, concluyendo que no había indicios suficientes de planetas más masivos que Júpiter. En 1998, pensaron que habían encontrado indicios de un planeta de tipo joviano en órbita alrededor de Gamma Cephei, pero tras obtener más datos, en 1992 se retractaron. Sin embargo, el caso del exoplaneta alrededor de Gamma Cephei sigue sin estar claro a día de hoy (ver http://exoplanet.eu/catalog/gamma_cephei_b).

En 1988 apareció una nueva detección Doppler, de un objeto orbitando la estrella HD114762, descubierta por David Latham y Michel Mayor. Sin embargo, este objeto debía tener una masa mínima de 11 veces la masa de Júpiter, peligrosamente cerca de el límite crítico de 13.5 masas de Júpiter que separa las enanas marrones de los planetas tipo Júpiter. Las enanas marrones son suficientemente masivas para quemar deuterio durante sus etapas tempranas, mientras que a los planetas no se les permite disfrutar de la energía generada por las reacciones de fusión de hidrógeno (ver http://home.dtm.ciw.edu/users/boss/definition.html). Alexander Wolszczan y Dale Frail usaron el método más exótico que existe para descubrir objetos con una masa planetaria: en 1992 utilizaron las precisas emisiones periódicas del púlsar PSR1257+12 para hallar indicios de, no uno, sino dos planetas con masas varias veces mayores que la de la Tierra. El hecho de que estos objetos estarían orbitando en el mortífero campo de radiación de una estrella de neutrones que en principio habría nacido como resultado de una explosión de supernova, hizo de este un descubrimiento fascinante, pero sin mucho interés para aquellos que estamos obsesionados con la búsqueda de planetas potencialmente habitables alrededor de estrellas como el Sol.

 

Artists impression of extrasolar planets in the pulsar, PSR B1257+12. NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC) - http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA08042
Impresión artística de los planetas extrasolares alrededor del púlsar PSR B1257+12. NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC) – http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA08042

En 2004, Butler y sus colegas anunciaron el descubrimiento del primer caso de un nuevo tipo de exoplanetas: las super-Tierras. Encontraron que la enana M Gliese 436 era orbitada por un planeta con una masa 21 veces la masa de la Tierra, lo que sugería que no estaba formado por gas, sino que sería una mezcla de roca y hielo. Las búsquedas usando espectroscopía Doppler encontraron cientos de exoplanetas y super-Tierras en los años siguientes, tantos que en 2009 se pudo predecir que aproximadamente un tercio de todas las estrellas enanas M tenían super-Tierras a su alrededor. Las enanas M son estrellas que son, como mucho, la mitad de masivas que el Sol, mucho menos luminosas que éste, y con con zonas de habitabilidad mucho más cercanas a la sus estrellas. Esta estimación de exoplanetas alrededor de enanas M fue un importante apoyo a la idea de que esta tasa pudiera ser tan elevada también en el caso de las enanas G como nuestro Sol.

Demostrar lo anterior es la misión del primer telescopio espacial de la NASA diseñado específicamente para detectar exoplanetas: el Telescopio Espacial Kepler (ver http://kepler.nasa.gov/). Kepler fue una idea del William Borucki, que luchó durante décadas para convencer a sus colegas (y a la NASA) del increíble poder que tendría un telescopio espacial para descubrir exoplanetas usando la técnica de tránsitos fotométricos. Lanzada en marzo de 2009, Kepler ha sido más que rentable para los contribuyentes estadounidenses que lo financiaron, habiendo descubierto cerca de 5.000 candidatos a exoplaneta (a unos 100.000 dólares cada uno) y más de 1.000 planetas confirmados. Kepler ha demostrado que el número de exoplanetas existentes es enorme, incluso alrededor de enanas G. Se ha llegado a estimar que puede haber un planeta habitable de tipo terrestre en cada estrella de nuestra galaxia.

 

New Kepler Planet Candidates
Objetos de interés de Kepler (muchos de los cuales son probablemente planetas) a 23 de julio de 2015. Credits : NASA Ames/W. Stenzel – Licensed under Public Domain via Commons

Habiendo vivido los altibajos de la historia del campo de formación y detección planetaria, la afirmación anterior nunca deja de sorprenderme y a menudo me emociona cuando hablo de ello en mis charlas. No puedo imaginar lo que Carl Sagan habría sentido si hubiera vivido lo suficiente para darse cuenta de la inmensidad de esta Tierra Prometida. Ya no soñamos exclusivamente con puntos azul pálido, sino con puntos verde pálido indicadores de mundos llenos de clorofila; con un futuro no tan lejano en el que los telescopios espaciales sean capaces de obtener una imagen directa de mundos habitables cercanos; con telescopios lo suficientemente potentes para determinar la composición de la atmósfera de esos mundos, permitiendo la búsqueda de moléculas asociadas con planetas habitables, o incluso habitados. Proxima Centauri es un ejemplo excepcional de una de esas estrellas cercanas que vamos a escudriñar en los próximos años.

Carl Sagan vivió en una época en la que los más optimistas esperábamos que, quizá, una de cada cien estrellas podría tener un planeta de algún tipo a su alrededor. Su famosa referencia a la Tierra como aquel punto azul pálido apuntaba a la aparente fragilidad de la vida en la Vía Láctea, posiblemente confinada a un único refugio en la inmensidad del vacío de un universo frío e indiferente. Ahora sabemos que casi todas las estrellas que vemos en el cielo nocturno tienen, al menos, un planeta, y que una buena parte de ellos son planetas rocosos orbitando lo suficientemente cerca de sus soles para tener temperaturas templadas y quizás, ser habitables. La búsqueda de un mundo habitable alrededor de Proxima Centauri es una consecuencia natural de la explosión en en el conocimiento acerca de los exoplanetas que los humanos hemos logrado en tan solo un par de décadas del millón de años de nuestra existencia como una especia única en la Tierra. Si hay puntos rojo pálido (Pale Red Dots) alrededor de Proxima, estamos seguros de que los encontraremos, estén o no habitados.

 

NASA Spitzer Telescope Science Update where major findings were announced about planets outside our solar system, known as extrasolar planets. Dr. Alan Boss, staff research astronomer, Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution of Washington explains science results during the NASA Science update. Tuesday, March 22, 2005. Photo Credit:
El Dr. Alan Boss explica sus resultados científicos durante la NASA Science update. 22 de marzo de 2005. Crédito: “NASA/Bill Ingalls”

Sobre el autor. El Dr. Alan Boss es investigador científico en el Carnegie Institution for Science’s Department of Terrestrial Magnetism. Es un astrofísico teórico reconocido internacionalmente, cuyos intereses científicos incluyen el estudio de la formación estelar, la evolución de la nebulosa solar y otros discos protoplanetarios, y la formación y búsqueda de planetas extrasolar. El Dr. Boss ha participado en varios comités de la NASA y ha liderado grupos de trabajo sobre el estudio de planetas extrasolares, tanto de la NASA como del resto de la comunidad, incluyendo los cargos de presidente del subcomité de astrofísica de la NASA, presidente del grupo de la NASA de ciencias de sistemas planetarios, presidente del grupo de la NASA sobre el origen de sistemas solares MOWG, presidente del grupo de trabajo de la IAU sobre planetas extrasolares, presidente de las comisiones 51 a 53 de la IAU, y presidente de la sección de astronomía de la AAAS. Ha recibido el premio NASA Group Achievement en 2008 por su papel en en Astrobiology Roadmap y otro en 2010 por su papel en la SIM Planet Finding Capability Study Team. Es miembro de varias organizaciones profesionales incluyendo la American Academy of Arts and Sciences. Ha recibido numerosas subvenciones de la NASA y de la NSF, participado en un gran número de comités profesionales y es editor del Cambridge Astrobiology Series. Ha publicado dos libros sobre la búsqueda de planetas fuera del sistema solar: “Looking for Earths: The Race to Find New Solar Systems” en 1998, y “The Crowded Universe: The Search for Living Planets” en 2009. Actualmente, Boss es presidente del grupo de análisis sobre el programa de exploración de exoplanetas de la NASA, así como presidente del comité de evaluación de tecnología de exoplanetas de la NASA y del comité de evaluación de tecnología de detectores infrarrojos y coronógrafos.

(Traducido del inglés por Rubén Herrero Illana)

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