A sólo 20 años del descubrimiento del primer exoplaneta

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Representación artísitica del primer exoplaneta (51 Peg b) descubierto orbitando una estrella tipo solar, y del primer exoplaneta (Kepler- 452b) de tamaño similar a la Tierra y en la zona de habitabilidad de una estrella de tipo solar . Crédito: NASA/JPL/Planet Quest – Fahad Sulehría.

Continuando el artículo anteriormente publicado sobre exoplanetas, damos un vistazo a cómo sucedieron estos descubrimientos, los científicos pioneros y las misiones espaciales abocadas a esa tarea, celebrando los 20 años de semejante logro. El siguiente texto  es la traducción de un artículo publicado por NASA, que nos pareció el más adecuado para recrear los hechos.

Dos décadas después del descubrimiento donde todo comenzó – la primera confirmación de un planeta orbitando una estrella de tipo solar – los científicos cuentan que parecía muy cercano a lo increíble en ese tiempo. Paul Butler recuerda que estaba tremendamente cansado. Geoff Marcy recuerda tener el pelo de su nuca erizado.

Este trascendente descubrimiento había sido anunciado menos de una semana antes por el equipo europeo de Michel Mayor y Didier Queloz. Pero la noticia fue recibida inicialmente con cierto escepticismo por la comunidad astronómica. Por un golpe de buena suerte, Marcy y  Butler habían reservado previamente tiempo de observación en el telescopio de 120 pulgadas del Observatorio Lick, en la cumbre del Monte Hamilton en California.

Ambos científicos, que se transformarían en los cazadores de planetas más famosos del mundo, recuerdan cuando conducían descendiendo juntos por la montaña en octubre de 1995. Ellos habían utilizado cuatro noches enteras haciendo sus observaciones. Y mientras que era necesario hacer el procesamiento posterior para poder tener un caso científico, sus datos parecían claros e inequívocos y casi imposibles. Un gran planeta, por lo menos de la mitad del tamaño de Júpiter, estaba no solamente orbitando su estrella sino que lo hacía mucho más cerca de lo que Mercurio orbita al Sol. Estaba en una carrera alrrededor de su estrella, realizando una órbita completa en tan sólo 4 días.

El planeta llamado 51 Pegasy b, abriría una nueva era en la historia de la humanidad en la exploración de nuestra vecindad en la galaxia. Sería el primero en una serie de “Júpiter calientes” — planetas gigantes en órbitas rápidas muy cercanas a su estrella — de una rápida sucesión de descubrimientos. Este montón de nuevos mundos lanzaron  a Marcy, Butler, y a su equipo, al encabezado de las noticias, y cambiaron para siempre nuestra visión del Cosmos.

Pero por el momento, durante el solemne descenso de la montaña, Marcy y Butler estaban sólos, con las noticias que alterarían al mundo.  “Sabíamos que eramos las únicas personas del planeta con la certeza que 51 Peg, el planeta, realmente existía,” señaló Marcy recientemente. “Era emocionanate. Estábamos completamente excitados de saber que estabamos en un momento histórico en la historia de la ciencia, sucediendo frente a nuestros ojos.”

Todavía los pioneros astronómicos tenían algunas batallas por delante para ganar la aceptación de la comunidad científica. La caza de planetas extrasolares — abreviadamente exoplanetas — tuvo un pobre registro de logros, con décadas de detecciones falsas. Entre ellas estuvo el excitante descubrimiento de un planeta orbitando la estrella de Barnard en los sesentas; se descubrió que se trataba de un desapercibido cambio de lentes del telescopio. Una vez que ésto se tuvo en cuenta, el “planeta” desapareció.

El comienzo de los noventa fue testigo de la detección de “planetas – púlsares,” demasiado extraños para tener en cuenta, orbitando un remanente estelar con un alto spin y que emitía radiación, llamado pulsar. Muchos científicos reservarían la primera denominación(exoplanetas) para un planeta orbitando una estrella normal.

“Toda la comunidad lo sintió como algo fraudulento,” relató Butler en una entrevista reciente. “En  los 50 años previos , hubo muchos anuncios que luego resultaron falsos. Si nosotros ibamos a una reuión y decíamos que estábamos buscando planetas extrasolares, era lo mismo que decir que estábamos buscando hombrecillos verdes.

Marcy acogió con un bostezo al principio, el anuncio de 51 Peg, realizado en una conferencia científica en Florencia, Italia, por Mayor y Queloz. “Esta afirmación del 6 de Octubre de 1995, del descubrimiento del primer planeta extrasolar, era una suerte de asunto como los habituales ” dijo. “Este es un nuevo fraude”.  Uno más obvio. Afirmaban que el período orbital  era de 4.3 días. Nadie en su sano juicio pensaría que un planeta pudiese orbitar tan próximo a su estrella.

Pero las observaciones realizadas durante las 4 noches en el Observatorio Lick — coinicidian perfectamente con el período de 4.3 días anunciado — cambiándolo todo. Ambos equipos, el de Mayor y el de Marcy habian estado tratando de desarrollar una técnica de detección basada en los pequeñísimos movimientos de las estrellas (bamboleos). Estos bamboleos, conocidos como” la velocidad radial de las estrellas”, eran inducidos por los tirones gravitacionales de los planetas que la orbitan. La longitud de onda de la luz de la estrella, primero es comprimida luego estirada, a medida que la estrella se acerca o se aleja del telescopio del observador.

En ese momento, Mayor y Queloz habían probado que la técnica funcionaba. Y unos pocos días después  Marcy y Butler validaron  ambos métodos de detección, el utilizado por el equipo de Mayor y  el suyo propio muy similar al primero. Pero Marcy y su equipo se dieron cuenta de algo más. La única cosa que no les había permitido vencer al equipo de Mayor en esa primera detección fue una asunción perfectamente razonable: los planetas grandes se mueven en órbitas grandes, tal como el caso de Júpiter que para recorrer una órbita completa alrrededor del Sol, tarda 12 años.

Ellos deberían o bien, observar una estrella por un período largo de tiempo o, refinar el detector de bamboleo hasta que pudiesen captar los pequeñísimos cambios de posición de la estrella, causados por los tirones gravitatorios producidos por planetas pequeños y rápidos en órbitas muy cercanas a la estrella.

Ellos estaban trabajando en esta clase de refinamientos cuando Mayor anunció su descubrimiento. Más importante aún, ellos estaban tomando medidas con el detector de bamboleo, conocido como espectrógrafo. Seguramente, cuando ellos echaron otra mirada a los datos, comenzaron a surgir  los grandes planetas orbitando entorno a la estrella.

Planetas propiamente

En un  reunión de La Sociedad Astronómica Norteamericana en febrero de 1996, Marcy anunció dos nuevos descubrimientos, los planetas: 70 Virgins y 47 Ursae Majoris. El primero con un período orbital de 116 días — mucho más razonble que el del ardiente 51 Peg de 4 días — y la órbita era elíptica, haciéndole dificilmente otra cosa que un planeta. La órbita de 47 Ursae Majoris era todavía más razonable: 2.5 años. Juntos, ellos proveían un “puente” hacia nuestro Sistema Solar, dijo Marcy, con los planetas comportándose correctamente como deberían.

Estos descubrimientos elevaron el estatus científico de Marcy y su equipo a la categoría de celebridades, con apariciones, todas las noches, en los noticieros de todo el pais; los planetas por ellos descubiertos llenaban la portada de la revista Time. El equipo Marcy- Butler estaba recién en etapa de precalentamiento. Las puertas del embalse habían sido abiertas. Ellos descubrieron por lo menos 70 de los 100 primeros exoplanetas descubiertos en el año siguiente al descubrimiento. Este “safari” pionero de cazadores de planetas se extendió por una década. Pronto, no obstante, el panorama cambiaría nuevamente.

La fiebre del oro en la búsqueda de planetas sería propulsada a la alta velocidad, con el lanzamiento del telescopio espacial  Kepler en el 2009. Esta nave espacial, anidada en una órbita entorno al Sol siguiendo a la Tierra de atrás (Earth-trailing orbit),( ver también aquí) fijó entonces sus ojos en una pequeña región del espacio y los mantuvo allí por cuatro años.                                                                       Dentro de esa región habían más de 150.000 estrellas, una especie de sección transversal de un brazo de la Vía Láctea, como si el telescopio Kepler fuese un gran linterna iluminando el espacio profundo. Kepler buscaba tránsitos planetarios — las disminuciones infinitesimales de la luz de la estrella que ocurren cuando un planeta  cruza delante de la estrella que orbita.

El método sólo funciona en los sistemas planetarios distantes, en que las órbitas de los planetas  desde nuestra perspectiva se ven de canto. En esa circunstancia aparece la  silueta del exoplaneta cuando pasa entre  Kepler y la estrella, reduciendo la luz proveniente de la estrella, que es medida por el  telescopio.

Cinco intentos para conseguirlo.

Kepler fue el invento del científico espacial  William Borucki del Centro de Investigación Ames de la NASA, en Moffet Fields, California. Borucki, que se retiró a principios de julio del 2015, luchó tenazmente para sacar adelante el proyecto del telescopio Kepler. Durante los noventas, sus diseños fueron rechazados no menos de 4 veces. Finalmente en el 2001 obtuvo la aprobación de la NASA .

Pero nadie sabía qué  econtraría Kepler, o si realmente econtraría algo. “Lanzamos el telescopio Kepler de cierto modo en circustancias similares a la manera que Colón y Magallanes fueron al mar, no conociendo lo que íbamos a encontrar,” relató James Fanson, administrador adjunto de la División de Instrumentos del JPL(Laboratorio de Propulsión a Chorro) de la NASA. Fanson era el administrador del proyecto Kepler cuando la nave fue lanzada.

“Sabíamos que haríamos historia,” dijo. “Nosotros simplemente no sabíamos qué historia  íbamos a hacer.”

La observación de tránsitos realizada con el Kepler inmediatamente dió sus frutos, identificando 4.600 candidatos a exoplanetas,  distantes  unos cientos a unos miles  de años luz de nosotros. Sin ir más lejos, 1028 de ellos han sido confirmados — algunos de ellos del tamaño de la Tierra orbitando su estrella en la zona llamada de habitabilidad, en la que el agua líquida puede existir en la superficie del planeta. Los científicos todavía están “minando”(haciendo el estudio) de los datos obtenidos con el Kepler, encontrando regularmente  candidatos y también confirmando los primeros hallazgos.

El Telescopio Kepler terminó su misión inicial en el 2013, cuando fallaron dos de las cuatro ruedas de reacción usadas para mantener la nave en una posición estable. Pero el equipo de ciencia del Kepler encontró otros caminos para seguir extrayendo datos utilizables del telescopio espacial, apoyándose en la sutil presión de la radiación solar para estabilzarlo en un eje. Kepler está ahora en su segunda fase de vida, y todavía está descubriendo planetas.

Precediendo al Kepler estuvo el satélite pionero COROT, un emprendimiento Europeo lanzado en el 2006, que descubrió muchos planetas antes de desactivarse en el 2012 — incluyendo el primer planeta rocoso orbitando una estrella de tipo solar. COROT usó el método del tránsito para detectar planetas, y fue la primera misión espacial con ese propósito.

Los prolíficos descubrimientos que todavía está produciendo el telescopio espacial Hubble incluyen no sólo exoplanetas, sino también la caracterización de sus atmósferas, identificando una variedad de gases. El telescopio espacial Spitzer ha encontrado vapor de agua  así como patrones climáticos en las atmósferas de los exoplanetas.

Ambos métodos de detección, el de los tránsitos y la detección de bamboleos, en los cuales se apoyaron los pioneros, están todavía en uso  hoy, junto a muchas otras técnicas. Veinte años después del primer descubrimiento, el número total de exoplanetas asciende a más de 5000 candidatos, con más de 1800 de ellos confirmados.

Una nueva realidad

Parece que la galaxia está abarrotada de planetas. Pero todavía no somos capaces de responder la gran interrogante: ¿Estamos sólos?

Una nueva generación de telescopios en los años y décadas que siguen, tanto en tierra como en el espacio, continuarán buscando la respuesta. Una herramienta crítica será aquella pionera desarrollada por Marcy y los otros primeros cazadores de planetas: la espectroscopía. Ellos emplearon este método para disecar la luz proveniente de estrellas distantes, revelando su moviento hacia adelante y hacia atrás, o bamboleo producido por la presencia de un planeta, siendo la longitud de onda de la luz proveniente de la estrella comprimida y estirada; la nueva generación de instrumentos hará lo mismo con la luz proveniente de las atmósferas de los exoplanetas. Descomponiendo esta luz en sus partes constituyentes, un poco como los colores del arco iris producidos por un rayo de luz solar al pasar por un prisma, revelaría qué gases y químicos están presentes en los cielos alienígenas.

Y un día, algunos de esos constituyentes atmosféricos es posible que sugieran la presencia de vida mucho más allá de la Tierra. Fuente : NASA/JPL/PlanetQuest. Artículo original: https://planetquest.jpl.nasa.gov/news/208

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