Buscando errantes espaciales

Siempre que miramos al espacio y vemos esos foquitos brillantes, sabemos que son estrellas. Además, hoy en día tenemos la capacidad de conocer su distancia, temperatura, edad y muchas otras características físicas. Pero también podemos detectar si esos foquitos tienen planetas a su alrededor, conocidos como exoplanetas.

Los exoplanetas son tan tenues y están tan lejos que resultan prácticamente invisibles, incluso para los telescopios más potentes. Por eso, casi todos los exoplanetas que se han descubierto hasta ahora han sido gracias a métodos indirectos, observando el efecto que ejercen sobre su estrella anfitriona [1].

En esta entrada de blog les voy a mostrar cuales son los métodos que se usamos para la detección de esos planetas.

Imagen directa:

Detección del exoplaneta HIP 99770 b [link]

La imagen directa utiliza longitudes de onda infrarrojas para observar planetas. Esto funciona porque, en el infrarrojo, una estrella como el Sol es solo unas 100 veces más brillante que Júpiter, en contraste con las longitudes de onda visibles, donde puede ser hasta un billón (10⁹) de veces más brillante. Este método es efectivo para detectar planetas que están muy lejos de sus estrellas, por lo que sus órbitas pueden tardar cientos o incluso miles de años en completarse.

Para confirmar que un planeta descubierto mediante imagen directa realmente orbita a su estrella, los astrónomos deben comprobar que ambos se mueven juntos por el espacio, ya que observar una órbita completa tomaría demasiado tiempo. Aunque este método no permite medir directamente la masa del planeta, sí permite obtener información sobre su temperatura superficial y su diámetro, a partir del análisis del espectro y del brillo. Gracias a esta técnica, ya se han descubierto más de 1.000 exoplanetas [2].

Astrometría:

Trayectoria observada  de una estrella orbitada por un planeta [link].

La astrometría es un método que detecta el movimiento de una estrella mediante mediciones precisas de su posición en el cielo. Esta técnica también puede utilizarse para identificar planetas alrededor de una estrella, observando pequeños desplazamientos en su posición causados por el "tambaleo" que produce la influencia gravitacional de los planetas al girar en torno al centro de masa del sistema.

Sin embargo, la precisión necesaria para detectar un planeta con este método es extremadamente alta, lo que ha hecho que hasta ahora solo se haya descubierto un exoplaneta utilizando astrometría. Aun así, esta técnica se ha usado con éxito para hacer observaciones de seguimiento de planetas descubiertos por otros métodos. Se espera que la misión Gaia de la ESA detecte decenas de miles de exoplanetas en un radio de hasta 500 pársecs (unos 1600 años luz) del Sol, utilizando esta técnica astrométrica. [3].

Microlensing:

Explicación visual del microlensing [link]

El microlensing utiliza el efecto de la gravedad sobre la luz. Este fenómeno fue predicho por Albert Einstein en su teoría general de la relatividad y se basa en el hecho de que los objetos muy masivos pueden curvar la trayectoria de la luz a su alrededor.

Cuando ocurre una alineación precisa entre una estrella lejana, una estrella intermedia y un observador en la Tierra, la luz de la estrella de fondo puede curvarse alrededor de la estrella intermedia, que actúa como una lente. Esta curvatura amplifica la luz de la estrella lejana, y si hay un planeta orbitando la estrella que actúa como lente, se genera una pequeña protuberancia en la curva de luz, que de otro modo sería suave y simétrica.

El primer planeta descubierto mediante microlensing fue detectado en 2004 por un equipo liderado por Ian Bond, de la Universidad de Edimburgo. Esta técnica es extremadamente sensible y puede detectar incluso planetas muy pequeños. Sin embargo, su principal desventaja es que depende de alineaciones fortuitas que no se repiten, lo que impide hacer observaciones de seguimiento. [3].

Velocidad Radial:

Gráfico de la velocidad radial de 51 Pegasi [link]

El método de la velocidad radial para detectar exoplanetas se basa en que una estrella no permanece completamente inmóvil cuando es orbitada por un planeta. En realidad, la estrella también se mueve ligeramente, describiendo un pequeño círculo o elipse debido al tirón gravitacional de su compañera más pequeña.

Cuando se observa desde lejos, este leve movimiento provoca un efecto sobre el espectro de la luz que emite la estrella, alterando su firma cromática. Si la estrella se acerca al observador, su espectro se desplaza hacia longitudes de onda más cortas, es decir, hacia el azul. En cambio, si se aleja, el espectro se desplaza hacia longitudes de onda más largas, o hacia el rojo.

Si estos desplazamientos se repiten de forma regular, con intervalos fijos de días, meses o incluso años, es muy probable que estén causados por un cuerpo que orbita a la estrella y la hace oscilar hacia adelante y hacia atrás. En la mayoría de los casos, ese cuerpo es un planeta. [4].

Variación del tiempo de tránsito:

Explicación visual de la variación del tiempo de tránsito [link]

Muchos planetas extrasolares han sido descubiertos al observarlos transitar sus estrellas. Aunque no podemos ver el planeta directamente, sí podemos detectar la ligera disminución del brillo de la estrella cuando el planeta bloquea una pequeña parte de su luz desde nuestra perspectiva en la Tierra.

Esperamos que los planetas en tránsito se comporten como un reloj, completando su órbita en un tiempo exacto y constante. Sin embargo, en muchos casos, los tránsitos no ocurren exactamente cuando se predice: a veces se adelantan o se retrasan ligeramente. Estas variaciones indican que podría haber otro planeta invisible en el sistema, cuya gravedad está afectando la órbita del planeta que vemos transitar.[5].

Fotometría de tránsito:

Curvas luminosas de los 5 primeros descubrimientos de la misión Kepler [link]

La mayoría de los exoplanetas conocidos se han descubierto mediante el método de la fotometría de tránsito. Un tránsito ocurre cuando un planeta pasa entre su estrella y el observador. Dentro de nuestro propio sistema solar, podemos observar tránsitos desde la Tierra cuando Venus o Mercurio cruzan frente al Sol.

En el caso de los exoplanetas, no los vemos directamente a distancias de muchos años luz. En cambio, detectamos su presencia porque al pasar frente a su estrella, bloquean una pequeña fracción de su luz, lo que produce un leve oscurecimiento. Este descenso en el brillo se puede observar en las curvas de luz: gráficos que muestran la cantidad de luz recibida de una estrella a lo largo del tiempo. Cuando un exoplaneta transita, la curva de luz revela una característica caída en el brillo, señal clara de su paso. [6].

Para que esto no se quede solo en pequeñas descripciones sobre cómo funcionan los métodos de detección de exoplanetas, pueden revisar el siguiente link. Allí encontrarán una página que recopila información sobre todos los exoplanetas descubiertos a lo largo de la historia.

Aunque la idea de encontrar planetas siempre nos fascina por esa fantasía de viajar a otros mundos o incluso salvar a la humanidad mudándonos a ellos, los exoplanetas que estudiamos es para tener un recordatorio constante de que la Tierra es nuestro hogar, y que debemos cuidarla. Es el único lugar en el que podemos vivir, y no tenemos a dónde más ir... No importa cuánto avance la tecnología en el futuro: la Tierra es, fue, y seguirá siendo, nuestro único hogar.