Mientras dos hombres encapuchados le ataban al gran poste de madera un monje se le acercó con un crucifijo. Él giró la cabeza y cerró los ojos. Ya no le quedaba nada que ver ahí. Tampoco podía hablar, pues le habían paralizado la lengua con un clavo para evitar que se dirigiera a la multitud que aguardaba en silencio. Y así permaneció, ciego y mudo ante todos, mientras las ramas de la base de la pira se erizaban con el fuego de las antorchas.
Giordano Bruno murió ese 17 de Febrero de 1600 en Roma, pero sus ideas no pudieron ser arrasadas por las llamas. La inquisición lo había perseguido durante años por su extravagante teoría de que el Sol no era más que una estrella entre muchas otras y que el universo estaba plagado de planetas y de vida. ¿Una herejía? Sólo hace 23 años que empezamos a tener pruebas de que no lo era.
Aunque parezca mentira, hasta el año 1988 no se logró observar un exoplaneta (planeta exterior a nuestro sistema solar). La hazaña la lograron los astrónomos canadienses Bruce Campbell, Gordon Walker y Stephenson Yang y, en realidad, no fue ni siquiera una observación directa. Tuvieron que adivinar que el planeta estaba ahí mediante el estudio de su efecto sobre la estrella alrededor de la cual orbita. Pero… ¿porqué cuesta tanto encontrar exoplanetas si tenemos poderosos telescopios enfocados a miles de años luz de aquí?
Oscuro sobre negro
La razón por la que los exoplanetas son tan esquivos es muy sencilla: no los podemos ver.
Hay muchos objetos en el universo que son relativamente fáciles de detectar porqué emiten mucha luz. Sólo hay que apuntar un telescopio hacia el lugar correcto y… ¡voilá! Estrellas lejanas que brillan como focos en la oscuridad, pulsars que se comportan como potentes faros intergalácticos, luminosas galaxias en forma de espiral. Constantemente llega a la Tierra radiación electromagnética de todo tipo y es trabajo de los astrónomos aprender a sacarle toda la información posible.
El problema es que los planetas no emiten prácticamente nada, por lo que son totalmente invisibles a los telescopios. Es como buscar algo oscuro en un fondo negro. Ante esta realidad muy pocos astrónomos se preocuparon realmente del tema durante siglos: parecía una tarea demasiado difícil. Pero no era imposible… y esto es lo realmente impresionante del espíritu humano, si no es imposible lo acaba logrando (para lo bueno y para lo malo).
El ya mencionado trabajo de Campbell, Walker y Yang en 1988 les permitió descubrir un exoplaneta mayor que Júpiter orbitando a la estrella Gamma Cephei, a 45 años luz de la Tierra. Para ello los astrónomos canadienses usaron el método de la velocidad radial, que detecta cambios en la velocidad rotacional de una estrella con respecto a la tierra debido a la masa del planeta que lo orbita.
Método de la velocidad radial
Para entender este método primero hay que tener en cuenta que la típica idea de que los planetas giran en torno a una estrella estática es falsa. Un planeta está ligado a su estrella por la enorme atracción gravitatoria que ésta le ejerce, pero la estrella a su vez también se ve ligeramente afectada por la masa del planeta. Así, en realidad el sistema estrella-planeta gira en torno a un punto llamado baricentro.
En la imagen de la derecha se puede ver el movimiento de un sistema estrella-planeta con el baricentro marcado por la X azul. Evidentemente la imagen no está a escala y lo que intenta mostrar es que la estrella también tiene un pequeño movimiento alrededor del baricentro, de manera que si la miramos desde abajo (telescopio) se va alejando y acercando de nosotros cíclicamente.
La imagen también muestra una franja de colores horizontal, con unas líneas negras que representan el espectro de emisión (radiación electromagnética) de la estrella. Estas líneas dan información sobre los elementos que la componen y lo interesante es que a medida que la estrella se va alejando y acercando de nosotros, el vaivén afecta al espectro de la radiación que nos llega debido al llamado efecto Doppler. Es por eso que las franjas oscilan ligeramente, hacia el azul cuando la estrella se acerca al telescopio y hacia el rojo cuando se aleja.
Por tanto, si se estudia el espectro de emisión de una estrella durante un largo tiempo y se ve una oscilación que pueda asociarse al efecto Doppler, puede que haya algo por ahí cerca que la esté afectando gravitacionalmente. Y una vez se confirma que las fluctuaciones son debidas a un exoplaneta, incluso puede estimarse su masa.
En 1992 el método de la velocidad radial permitió encontrar dos exoplanetas más, esta vez orbitando el pulsar PSR B1257+12 a 1.000 años luz de la Tierra. Pero la noticia saltó en 1996: en unos pocos meses se habían descubierto tres planetas orbitando estrellas similares a nuestro Sol.
El hallazgo estremeció al mundo de la astronomía. Tener la certeza de que había planetas orbitando estrellas parecidas a la nuestra ponía sobre la mesa una pregunta que ha inquietado a científicos y filósofos desde siempre. ¿Estamos solos en el universo?
Sin embargo enseguida quedó claro que el método de la velocidad radial no podría ayudar a responder esa pregunta. Primero porqué con este método sólo se pueden localizar planetas muy masivos (gigantes gaseosos tipo Júpiter), pues su efecto sobre la estrella es más importante. Pero sobretodo, porqué para investigar la presencia de vida en un exoplaneta se necesita conocer los elementos que lo componen, y el método de la velocidad radial no da ninguna información al respecto.
Se requería una manera de conocer la química de esos nuevos mundos. Y la posibilidad de mandar una sonda a recoger muestras era inviable debido a las enormes distancias interestelares.
Así, ante la imposibilidad de poder verlos directamente con un telescopio y de poder recoger muestras in situ, sólo quedaba una opción: encontrar una manera de estudiar su atmósfera desde la Tierra. Algo que por aquellos tiempos, a finales de los años 90, parecía aún demasiado complejo y lejano.
Pero no fue así. El hallazgo de los primeros exoplanetas había animado a muchos astrofísicos a la caza y captura de nuevos sistemas planetarios. De repente la planetología se había puesto de moda, y ya se sabe que cuando se concentran muchas mentes brillantes en una dirección la ciencia suele avanzar a pasos de gigante.
En 1999 Timothy W. Brown y el estudiante de postgrado David Charbonneau instalaron un telescopio de 10 centímetros de diámetro en un aparcamiento de Boulder, en Colorado. Apuntaron hacia la estrella HD 209458 porqué ya se había confirmado hacía un tiempo que tenía un exoplaneta orbitándola. Y, efectivamente, ellos también encontraron el planeta. Pero lo hicieron usando un método completamente nuevo que cambiaría la astrofísica para siempre.
Método del tránsito
El método del tránsito se basa en el paso de un exoplaneta exactamente entre su estrella y la tierra. Cuando esto sucede, se produce un eclipse y el exoplaneta tapa una diminuta fracción de la estrella. Y aunque en realidad no podamos ver directamente el eclipse, debido a la enorme distancia que nos separa de él, sí podemos detectar un ligero descenso en la luminosidad aparente de la estrella mientras el exoplaneta la transita (típicamente la disminución es de 1 entre 1.000).
Un aspecto interesante de este nuevo método es que proporcionaba información muy precisa sobre el diámetro y la órbita del exoplaneta. Por lo tanto comparando el valor de la masa obtenido con el método de la velocidad radial y el diámetro obtenido con el método del tránsito se podía obtener la densidad de los nuevos mundos.
Pero la verdadera revolución para los astrofísicos fue que, de repente, tenían una herramienta que les permitía estudiar la atmósfera de los exoplanetas. En efecto, la luz de la estrella que atraviesa la atmósfera del exoplaneta durante un tránsito da pistas de lo que se ha encontrado en su camino.
Esto es así porqué un átomo o molécula sólo puede absorber luz de unas longitudes de onda concretas. De manera que, si la atmósfera de un exoplaneta contiene un determinado elemento, algunas longitudes de onda concretas serán filtradas. De esta manera, si se observa el planeta en una de esas longitudes de onda, su fina envoltura gaseosa se tornará opaca y el diámetro del planeta parecerá mayor. ¡El espectro de radiación durante el tránsito tenía la clave!
“Un atajo maravillosamente astuto”, en palabras de Heather Knutson, astrofísica del California Institute of Technology y pionera en este tipo de estudios. Desde que Brown y Charbonneau detectaran el primer tránsito en el aparcamiento de Boulder, se ha estudiado la atmósfera de unos 50 exoplanetas, encontrado indicios de metano, dióxido de carbono, monóxido de carbono o agua.
La principal limitación del método del tránsito es que sólo permite detectar un exoplaneta si el plano de su órbita se encuentra alineado con la línea de visión desde la Tierra, pues sólo así se producirá el eclipse. Durante años se consideró que sería muy difícil que se diera esta circunstancia, por lo que se consideró un método poco eficaz. Sin embargo, los más de 1.100 exoplanetas encontrados entre el año 2000 y el 2014 demuestran que en realidad los tránsitos planetarios no son para nada escasos.
Buscando otra Tierra
Si se analizan los exoplanetas encontrados hasta la fecha parecería que estamos aún lejos de poder encontrar rastros biológicos en alguno de ellos. “Tenemos localizados algunos similares en tamaño a la Tierra, pero suelen estar muy cerca de su estrella, calientes en exceso. Otros, tienen la temperatura ideal, pero son gigantes gaseosos. Todos están fuera del límite de lo potencialmente habitable”, lamenta el astrofísico Hans Deeg, del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC).
La razón es que los métodos de la velocidad radial y del tránsito propician que la gran mayoría de los exoplanetas descubiertos sean gigantes gaseosos orbitando muy cerca de su estrella, con características que los hacen teóricamente incompatibles con la vida.
En la madrugada del 6 de marzo de 2009 un cohete modelo Delta II lanzaba, desde cabo Cañaveral, el telescopio espacial Kepler (NASA). Situado en órbita alrededor del Sol, su objetivo era la búsqueda de exoplanetas de tamaños similares a la Tierra y que se encontraran en la zona de habitabilidad de su estrella.
Sin embargo, la existencia de más ruido del esperado en los datos obtenidos obligaron a alargar la misión sobre el tiempo previsto y, finalmente, el fallo de dos de sus cuatro giroscopios dejó al telescopio inoperativo desde mayo del 2013.
Mientras estuvo operativo, el telescopio espacial Kepler detectó un total de 2.740 candidatos a exoplanetas, y se han confirmado 114 planetas en 69 sistemas estelares. Pero no todo está perdido: en enero del año 2013, astrónomos del Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica (CfA) usaron datos de Kepler para estimar que “por lo menos 17.000 millones” de exoplanetas del tamaño de la Tierra residen en la Vía Láctea.
Para confirmar dicha estimación y poder dar pasos en la búsqueda de vida extraterrestre se deberá contar con la ayuda de la próxima generación de telescopios, actualmente en desarrollo por la Agencia Espacial Europea (ESA) y la NASA.
Lo que está claro es que resulta muy emocionante que, sólo 27 años después de que se localizara el primer planeta exterior al sistema solar, se tengan perspectivas realistas de encontrar indicios biológicos en la atmósfera de otros mundos. Yo espero llegar a verlo. No puedo siquiera imaginar que se debe sentir ante la certeza de que hay algo más ahí fuera. Lo que si se es que ese día me acordaré del gran Giordano Bruno y de todos aquellos que han defendido sus extravagantes teorías hasta el final.
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Para los que estén interesados en datos científicos, en esta web hay información muy precisa sobre todos los exoplanetas reconocidos oficialmente hasta la fecha: http://exoplanet.eu/ y la siguiente imagen resume lo que se sabe de los exoplanetas confirmados hasta abril de 2013 (Fuente: Scientific American).
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