Observación en el Universo: un mapa por dibujar

¿Estamos solos en el Universo? Esta es una de las grandes preguntas que han fascinado a la humanidad desde siempre y probablemente una de las que más han inspirado libros, películas y series de ciencia ficción. La respuesta, por ahora, es que no lo sabemos. Aún no tenemos evidencia directa de vida fuera de la Tierra.

Para intentar acercarnos a la respuesta, primero debemos entender cómo se forman los sistemas planetarios y preguntarnos si nuestro Sistema Solar es algo común o una rareza en la inmensidad del Universo. Durante siglos, el Sistema Solar fue el único sistema planetario conocido, pero el Sol no parece ser una estrella especial. Solo es una estrella enana amarilla, una más entre las miles de millones similares en la galaxia. Por eso, muchos astrónomos pensaban que, si el Sol es común, también deberían ser comunes los sistemas planetarios parecidos al nuestro.

Esa idea parecía reforzada por las teorías de formación planetaria. Las estrellas nacen cuando una nube de gas colapsa por acción de su propia gravedad. El material sobrante forma un disco de gas y polvo a su alrededor, y en ese disco nacen los planetas. A partir de este escenario surgieron tres reglas que parecían naturales para cualquier sistema planetario.

Primero, los planetas rocosos deberían formarse cerca de la estrella. En esas regiones, las temperaturas son altas, por lo que los gases ligeros no se condensan y predominan los materiales sólidos capaces de formar cuerpos pequeños y densos. En cambio, más lejos de la estrella las bajas temperaturas permiten la presencia de hielos, lo que facilita la formación de núcleos masivos que luego capturan hidrógeno y helio para dar origen a planetas gigantes gaseosos.

Segundo, como los planetas nacen dentro de un disco en rotación, sus órbitas deberían a ser casi circulares. Y tercero, todos deberían compartir un mismo plano orbital y estar alineados con la rotación de su estrella, reflejando la orientación del disco del que surgieron.

Si estrellas como el Sol son comunes, parecía razonable pensar que también debían existir innumerables planetas orbitando otras estrellas, organizados de manera similar a los de nuestro Sistema Solar. A esos mundos se les llama “exoplanetas”. Sin embargo, descubrirlos resultó ser una tarea mucho más difícil de lo imaginado.

El problema es que los planetas, a diferencia de las estrellas, no emiten luz visible propia y, además, son muchísimo más débiles que la estrella que los acompaña. Intentar observar uno directamente es como tratar de distinguir una luciérnaga que está al lado de un faro a cientos de kilómetros de distancia.

La solución fue buscarlos de forma indirecta, tratando de detectar los pequeños efectos que su presencia induce en la estrella. Gracias a esas técnicas, a fines del siglo pasado comenzó finalmente la era del descubrimiento de exoplanetas.

El primer gran éxito de estas técnicas llegó en 1995, cuando Michel Mayor y Didier Queloz descubrieron 51 Pegasi b, el primer planeta detectado alrededor de una estrella similar al Sol. El hallazgo fue tan significativo que ambos científicos recibieron el Premio Nobel de Física en 2019.

Este planeta fue detectado mediante una ingeniosa técnica que se basa en el efecto Doppler. Aunque solemos imaginar que los planetas orbitan estrellas inmóviles, en realidad ambos cuerpos giran alrededor de un centro de masas común. El planeta describe una órbita grande, mientras que la estrella realiza un pequeño vaivén. Ese movimiento hace que la luz estelar cambie ligeramente de color: más azul cuando se acerca a nosotros y más roja cuando se aleja. Midiendo ese patrón periódico, es posible inferir la existencia de un planeta que no podemos ver directamente.

Otra técnica comenzó a transformar el campo: el método de tránsitos. Si un planeta pasa justo por delante de su estrella, bloquea una pequeña fracción de su luz y produce un tenue eclipse. Midiendo estas caídas de brillo y su periodicidad, los astrónomos han detectado miles de nuevos mundos

Este descubrimiento no solo representó un gran avance científico, sino también una enorme sorpresa. 51 Pegasi b es un planeta gigante gaseoso, comparable a Júpiter, pero en lugar de tardar cerca de 12 años en completar una órbita alrededor del Sol, este da una vuelta a su estrella cada 4 días. El descubrimiento rompió la primera de las reglas que parecían más firmes sobre la formación planetaria: los planetas gigantes debían formarse de sus estrellas, en las regiones frías del disco del que surgen.

LO QUE LA TECNOLOGÍA LOGRA DETECTAR

Pero aquella no sería la única regla en caer. Poco después se descubrieron planetas con órbitas extremadamente alargadas, muy distintas a las órbitas casi circulares de los planetas del Sistema Solar. Uno de los casos más famosos es HD 80606 b, un planeta gigante cuya distancia a su estrella cambia drásticamente a lo largo de su órbita. Durante parte de su año vive lejos de su estrella, pero luego, por un corto lapso de tiempo, se precipita hacia ella pasando extremadamente cerca antes de volver a alejarse. Este comportamiento es más propio de un cometa en el Sistema Solar que de un planeta gigante.

Mientras muchos exoplanetas seguían siendo descubiertos mediante el efecto Doppler, otra técnica comenzó a transformar el campo: el método de tránsitos. Si un planeta pasa justo por delante de su estrella, bloquea una pequeña fracción de su luz y produce un tenue eclipse. Midiendo estas caídas de brillo y su periodicidad, los astrónomos han detectado miles de nuevos mundos.

El método de tránsitos no solo multiplicó el número de planetas conocidos, sino que también permitió estudiar la arquitectura de esos sistemas con un detalle sin precedentes. Así se descubrió que muchos planetas no orbitan alineados con el ecuador de sus estrellas, como ocurre en el Sistema Solar. Algunos siguen trayectorias fuertemente inclinadas e incluso retrógradas, moviéndose en sentido contrario a la rotación estelar. Con ello, también cayó la tercera regla heredada del Sistema Solar.

Sin embargo, la mayor sorpresa quizás aún estaba por llegar. Al descubrir miles de nuevos mundos, los astrónomos han encontrado tipos de planetas que no existen en nuestro Sistema Solar. Emás, el tipo de planeta más común en la galaxia, no existe en el Sistema Solar. Estas son las llamadas “supertierras” y “minineptunos”. Los nombres son bastante descriptivos. Las “supertierras” son planetas rocosos más grandes que la Tierra, mientras que los “minineptunos” son planetas gaseosos más pequeños que Neptuno. En nuestro Sistema Solar no existe ningún planeta de ese tamaño. Pasamos directamente de la Tierra y Venus, relativamente pequeños y rocosos, a los gigantes y helados Urano y Neptuno.

Aun así, sería apresurado concluir que el Sistema Solar es raro. La realidad es que nuestros métodos de detección favorecen planetas grandes, cercanos a sus estrellas y con órbitas cortas, justamente los más fáciles de detectar. Los planetas descubiertos hasta ahora no son necesariamente los únicos que hay allí afuera, sino que son los que nuestra tecnología actual puede detectar con mayor facilidad.

Un sistema como el nuestro resulta mucho más difícil de identificar. Júpiter tarda 12 años en completar una órbita, Saturno casi 30 y la Tierra es tan pequeña que produce señales extremadamente débiles. Detectar verdaderos análogos del Sistema Solar requiere instrumentos más precisos y décadas de observaciones continuas.

La mayor sorpresa quizás aún estaba por llegar. Al descubrir miles de nuevos mundos, los astrónomos han encontrado tipos de planetas que no existen en nuestro Sistema Solar. Es más, el tipo de planeta más común en la galaxia no existe en el Sistema Solar. Estas son las llamadas “supertierras” y “minineptunos”

Afortunadamente, una nueva generación de telescopios promete cambiar esta situación. En Chile, actualmente se están construyendo los telescopios más grandes y modernos del mundo, como el “Extremely Large Telescope” y el “Giant Magellan Telescope”, que serán capaces de detectar mundos más pequeños y estudiar sus atmósferas con un detalle sin precedentes.

Nuestro país es la capital mundial de la astronomía observacional y es nuestra responsabilidad proteger nuestros cielos nocturnos frente a la contaminación lumínica. No se trata solo de preservar una ventaja científica, sino también de resguardar una ventana privilegiada al universo. En la oscuridad del desierto podrían esconderse respuestas a preguntas que la humanidad se ha hecho desde siempre y tal vez, gracias a ella, algún día logremos responder si el Sistema Solar es común… o si estamos realmente solos en el universo.

(En 1995) Michel Mayor y Didier Queloz descubrieron 51 Pegasi b, el primer planeta detectado alrededor de una estrella similar al Sol. El hallazgo fue tan significativo que ambos científicos recibieron el Premio Nobel de Física en 2019