Un zoo de nuevos mundos

El descubrimiento de otros mundos ha pasado en los últimos años de sueño distante a realidad. Durante decenas de años los astrofísicos escudriñaron los cielos en busca de señales que nos indicasen la presencia de planetas fuera del Sistema Solar. Sin embargo, hubo que esperar hasta mediados de la década de 1990 para que las pesquisas dieran sus primeros resultados.

Actualmente se acepta en general que los planetas se forman como un subproducto de la formación de una estrella. Cuando una nube de gas y polvo se contrae dando origen a un sol, las leyes de la física nos dicen que, debido a la conservación del momento angular, a su alrededor debe de formarse un disco achatado. Por un proceso todavía no completamente descubierto, las partículas de polvo existentes en el disco se van aglomerando, dando origen a cuerpos de mayores dimensiones.

El hallazgo de 51 Peg fue un jarro de agua fría para las teorías de la formación planetaria

La humanidad debe prepararse para descubrir que la Tierra no es un lugar único

En las regiones del disco más apartadas de la joven estrella, la gran cantidad de hielo existente permite que estos planetesimales crezcan en apenas unas decenas de millones de años. Cuando uno de esos núcleos alcanza una masa suficiente (equivalente a casi 10 veces la masa de la Tierra), comienza a atraer y recoger gas a su alrededor, formando un planeta gigante como Júpiter. Por otro lado, en las regiones más interiores del disco, más próximas a la joven estrella y donde la elevada temperatura no permite la condensación del hielo, las partículas de polvo existentes darán más tarde origen a planetas pequeños, terrestres y rocosos como la Tierra.

Aún sabiendo que el proceso de formación planetaria debe de ser común (es muy frecuente encontrar discos en torno a estrellas jóvenes), la detección de otros planetas no es sencilla. Vistos a una distancia de varios años luz, los planetas no son más que tímidos puntos de luz oscurecidos por la luz de la estrella alrededor de la que orbitan. Es extremadamente difícil obtener una imagen de un planeta extrasolar: Júpiter, por ejemplo, es casi 10.000 millones de veces menos resplandeciente que el Sol.

Además, sabemos por las leyes físicas que, de igual modo que una estrella atrae a un planeta, el planeta atrae a la estrella. Ambos cuerpos van entonces a rotar uno alrededor del otro, o mejor, alrededor de un punto denominado centro de masa, una especie de punto medio entre los dos objetos (pero más cerca de la estrella, o incluso en el interior de ésta, ya que tiene bastante más masa que el planeta).

Este hecho permite recurrir a técnicas indirectas para descubrir planetas. En particular, el movimiento de una estrella en torno al centro de masa del sistema estrella-planeta o estrella-planetas se traduce en una variación periódica en la velocidad de la estrella: unas veces se aparta de nosotros, y otras se aproxima. Así, si podemos medir con gran precisión la velocidad de una estrella, del orden de unos metros por segundo, seremos capaces de detectar su movimiento, provocado por la posible presencia de un planeta. Por ejemplo, Júpiter induce en el Sol un movimiento con una amplitud del orden de los 13 metros por segundo.

Es precisamente esta técnica la que nos ha permitido detectar la mayoría de los planetas extrasolares descubiertos hasta hoy en torno a estrellas semejantes al Sol. Aún así, hubo que esperar hasta 1995, cuando un equipo de astrónomos suizos liderado por el profesor Michel Mayor (Observatorio de Ginebra) anunció el primero de estos cuerpos, que orbita alrededor de la estrella 51 de la constelación de Pegaso (51 Peg).

Se había roto la maldición... ¡Por fin un planeta! Pero había un detalle completamente inesperado: el planeta descubierto no se parecía en nada a los viejos conocidos del Sistema Solar. ¡En lugar de un gigante gaseoso que orbitara lejos de su estrella (como Júpiter o Saturno), el planeta que orbita alrededor de la estrella 51 Pegasi da una vuelta a ésta (o mejor, al centro de masa del sistema) en apenas 4,2 días! O sea, que se encuentra casi 20 veces más cerca de la estrella que la Tierra del Sol.

Este descubrimiento constituyó un verdadero jarro de agua fría para las teorías de la formación planetaria. De acuerdo con el modelo preferido, no debería de haberse formado un planeta tan cerca de su estrella. Este mundo constituyó, y sigue constituyendo, un verdadero rompecabezas para los astrofísicos.

Como tantas veces ocurre en la ciencia, lo difícil es descubrir el primero. En apenas ocho años, el número de planetas extrasolares conocidos aumentó hasta cerca de 160. Por fin los planetas parecen existir, y más aún, parecen ser comunes en el Universo.

A semejanza del caso del planeta 51 Peg, los descubrimientos causaron gran escándalo en general. Los astrónomos esperaban encontrar planetas como Júpiter, en órbitas casi circulares y alejados de su estrella (tal como indicaban las teorías tradicionales), y encontraron toda una variedad de mundos. La lista incluye planetas nunca antes imaginados. Unos están cerca de su estrella, mientras que otros se mantienen lejos, en órbitas que tardan varios años en recorrer. Algunos exoplanetas recorren órbitas casi circulares, mientras que otros presentan trayectorias extremadamente excéntricas, que recuerdan más a la órbita de un cometa. Añadido a esto, los nuevos mundos presentan una gama de masas que va desde 10 veces la masa de la Tierra hasta más de 10 veces la masa de Júpiter (Júpiter tiene una masa 318 veces mayor que la de nuestro planeta). Nada de esto se esperaba.

Así, estos descubrimientos suscitaron (y suscitan) múltiples cuestiones. ¿Cómo se han formado? O, si queremos, ¿cómo se forman los planetas de modo general? Las teorías aceptadas hace apenas 10 años se han puesto en duda, y ha habido que introducir nuevos datos.

Pero los resultados más recientes comienzan ya a revelar algunos de los misterios, y las primeras respuestas son ya evidentes. Por ejemplo, la presencia de planetas próximos a las estrellas parece deberse a los llamados procesos de migración orbital: un planeta, después de formarse en las regiones exteriores del disco, puede acercarse en espiral, como consecuencia de interacciones gravitacionales con el disco circumestelar. Por otro lado, la existencia de planetas en órbitas más excéntricas exige consideraciones más catastróficas: esta característica se debe probablemente a la interacción entre varios planetas formados al mismo tiempo, un proceso que hasta puede hacer que algunos de los planetas caigan en la estrella. Por último, la gran masa de algunos de los nuevos mundos los coloca en una posición dudosa: ¿Serán planetas gigantes o estrellas pequeñas?

Con el transcurso del tiempo y el avance de la tecnología, hoy es posible medir la velocidad de una estrella con la increíble precisión de 1 metro por segundo. Espectrógrafos de alta resolución como el HARPS (del ESO, instalado en el telescopio de 3,6 metros del observatorio de La Silla, en Chile) han permitido incluso descubrir algunos planetas con masas apenas 10 veces superiores a la de la Tierra, si bien en órbitas de periodo muy corto.

Por otra parte, complementando la técnica de las velocidades radiales con la llamada técnica de los tránsitos, en los últimos cuatro años ha sido posible estudiar las propiedades de los planetas en sí. La técnica de los tránsitos, también de detección indirecta, se basa en el hecho de que cuando un planeta pasa por delante de su estrella (desde el punto de vista de la Tierra) bloquea un poco la luz de ésta, produciendo así una ligera variación momentánea de su brillo. Añadiendo los resultados obtenidos a la técnica de las velocidades radiales es posible determinar el diámetro de los planetas detectados, su densidad, y así estudiar su estructura interna.

Más aún, una serie de observaciones complementarias ha permitido ya detectar y estudiar la atmósfera de uno de los planetas gigantes hasta ahora descubierto. Los resultados muestran que este planeta, que se encuentra muy cerca de su estrella, puede estar evaporándose lentamente. Por último, las observaciones con infrarrojos han permitido medir la radiación emitida por dos de estos mundos, mostrando que estos planetas son un verdadero infierno, con temperaturas del orden de los 1.220 grados centígrados.

Poco a poco estamos descubriendo que los planetas son algo común en el Universo. Los proyectos que hay actualmente en desarrollo incluyen telescopios en órbita, capaces tanto de detectar la presencia de planetas terrestres como de estudiar su composición química. Estos estudios permitirán verificar si en un planeta extrasolar detectado se dan las condiciones necesarias para la existencia de vida. Poco a poco la humanidad debe prepararse para descubrir que la Tierra no es un lugar único, y que el Universo puede bullir de vida.

Nuno Santos es astrónomo en el Centro de Astronomía e Astrofísica de la Universidad de Lisboa