¿Cómo se sabe que ahí donde se mira hay un exoplaneta, si no se ve?

exoplanetas astrónomos

Después de que la NASA diese la noticia de Trappist-1, un sistema solar con siete planetas terrestres (exoplaneta) templados, muchos de nosotros nos preguntamos cómo pueden los astrónomos saber tanto sobre algo que no puede verse y que se encuentra tan lejos. ¿Lanzan runas y observan los símbolos?

Trappist-1 está a 40 años-luz (40 años, viajando a la velocidad de la luz). Eso es mucha distancia como para poder alzar la vista desde un telescopio y decir «¡Por allí resopla!». Hoy te hablamos de los cinco métodos que usan los astrónomos para cazar exoplanetas.

Haciendo fotos: observación directa

El más fácil de comprender es la observación directa de exoplanetas. Alguien mira por un telescopio y ve una serie de pixels que guardan un aspecto más o menos circular en función de cómo el Sol les ilumine. Este método tiene varios problemas.

Por un lado, el cosmos está prácticamente vacío y oscuro, y nadie sabe qué estrellas tienen planetas y cuáles no. Dado que no se puede enfocar directamente a cualquier estrella en cualquier punto de una posible órbita planetaria, este método generalmente se ha usado en exoplanetas de los cuales ya se tiene una ligera sospecha.

Otro problema es que los planetas casi no brillan (no reflejan demasiado bien la luz de su sol). Es probable que tengamos billones de sombras registradas pero que no seamos capaces de identificar como planetas. Este problema se agrava cuando la estrella brilla millones de veces más que esos planetas, ocultándolos.

Tránsitos: buscando sombras

Dado que las estrellas brillan tanto, y que su brillo es casi siempre predecible, otro método es el de observar una estrella para ver si algo pasa por delante de ella. Si lo hace siempre en un tiempo determinado, es un planeta. Si no, puede ser un cometa o algún objeto que se haya puesto delante.

Sin embargo, para quien siguiese los tránsitos de Mercurio por delante del Sol de 2006 o el de 2016, probablemente se dio cuenta de lo pequeño que era el planeta en relación al Sol:

exoplanetas transito mercurio 08 11 2006

Esa fotografía es del Sol, y el puntito rodeado de azul es Mercurio. Y eso que el Sol y Mercurio están cerca. Ahora imaginemos qué ocurre cuando la estrella que miramos cabe dentro del Mercurio de la foto. ¿Cómo detectar que algo ha pasado por delante de la estrella si esta es solo un puntito en nuestro telescopio?

transitos exoplanetas

Midiendo la luz que nos llega. Si esta baja de intensidad siempre cada cierto tiempo, entonces hay un planeta que cruza por delante de la estrella. Claro, que el problema y la confusión viene de cuando hay muchos planetas. En Trappist-1 tenemos este caos:

exoplaneta transito trappist-1

En la gráfica de arriba se mide el brillo (arriba) y abajo de ven los periodos de los planetas.

En función de cuánto baje el brillo y durante cuánto tiempo se conoce el tamaño del planeta y su periodo de rotación respectivamente. Es decir, su velocidad y volumen, datos suficientes como para especular sobre su masa si tenemos un espectroscopio.

Tirón gravitatorio: buscando cómo se mueven las estrellas

No lo parece, pero la Tierra atrae al Sol con la misma fuerza con la que el Sol atrae a la Tierra. Aunque, debido la diferencia de masas, la Tierra se ve zarandeada de un lado a otro mientras que el Sol apenas sí lo nota. Pero lo nota, el Sol se mueve un poquito debido a la acción de la Tierra, y eso es lo importante.

tirón gravitatorio exoplaneta

Por supuesto, el tirón gravitatorio de un planeta sobre su estrella es casi imperceptible.

Visto con el telescopio, la estrella se mueve diez o doce pixels a la derecha, luego vuelve a la posición inicial y se mueve diez o doce pixels a la izquierda. Y vuelve a empezar. No es un método fácil de usar, y solo se ha descubierto con él un planeta.

Bamboleo orbital: usando el efecto doppler

Ahora bien, aunque la estrella se mueva muy poquito hacia un lado y otro sobre nuestro telescopio, pero lo cierto es que en realidad está realizando pequeños círculos en el espacio. En estos círculos a veces está más cerca de nosotros y a veces más lejos (aunque sea poco).

Vamos a volver a la Tierra durante un segundo para explicar el efecto Doppler. ¿Te has dado cuenta de que una ambulancia no suena igual cuando viene o cuando se aleja? Y lo mismo pasa con la bocina de un coche:

efecto doppler frecuencia

Si el coche se acerca, las ondas sonoras se comprimen (izquierda en el gif). Si se aleja, se elongan (derecha). Exactamente lo mismo pasa con la luz de la estrella. Cuando se está alejando de nosotros, la frecuencia de su brillo se estira, viéndose la estrella un poquito más roja. Si se acerca, la estrella se ve un poquito más azul.

corrimiento al rojo

Esto, que se llama corrimiento al rojo o corrimiento al azul, nos indica cuánto se aleja la estrella y cuánto se acerca. Y en función de eso los astrónomos se preguntan qué es lo que empuja a la estrella a bambolearse de esa forma. Así se descubren los planetas.

Lente gravitacional: usando luz doblada

Este método es bastante complejo de ver porque tenemos que comprender algo muy importante de la luz: no siempre sigue caminos rectos en el universo. Es más, lo más probable es que la ruta de un fotón no sea recta.

luz curva exoplaneta

La luz, al pasar cerca de cuerpos grandes (como estrellas) dobla ligeramente su trayectoria. Cuanto más cerca o cuanto más masa tenga el cuerpo, más se dobla.

lente gravitacional

Imaginemos que nosotros somos el punto de abajo, que el punto de arriba es una estrella lejana y que tiene un planeta (marrón) con una luna (verde).

Si nos fijamos en la imagen podemos ver cómo se doblan los rayos solares cuando pasan cerca del planeta y su luna, de manera que en la Tierra nos llegan tres rayos que en principio salieron en direcciones diferentes.

lente gravitacional wiki

Desde la Tierra veremos tres estrellas que, en realidad, son la misma. Este fenómeno se llama lente gravitacional, y facilita mucho la labor de búsqueda de planetas lejanos. Cuanto más lejano, más se doblará la luz.

 

Pese a que no es fácil, estudiar los exoplanetas es muy útil. Pensemos que el planeta más cercano a nosotros (Venus) nos abrió los ojos y nos enseñó cómo funciona el cambio climático. Y gracias a Marte la robótica ha avanzado a pasos exponenciales.

Es posible que esto se considere en ocasiones un gasto innecesario, lo cierto es que este tipo de descubrimientos nos pone un paso más cerca de salir del planeta y tener un back-up de humanos en otro lugar. Por lo que pueda pasar.

En Lenovo | Misiles contra Venus y bombas atómicas sobre Marte: así podríamos colonizar el Sistema Solar interior

Fuentes |Exoplanets Exploration Home (NASA),

Imágenes | ESO/M. Kornmesser/N. Risinger (skysurvey.org), Fernando de Gorocica, NASA, ESO/M. Gillon et al.,Minuscule Movements, Charly Whisky, Aleš Tošovský, IAC, Light in a gravity lens, HubbleSite

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