Kepler-51b tiene aproximadamente el doble de la masa de la Tierra, pero se infla hasta alcanzar casi el tamaño de Saturno, un planeta que supera a la Tierra en masa cien veces. Ese tipo de desajuste entre masa y tamaño es precisamente lo que hace que los exoplanetas, mundos que orbitan estrellas distintas al Sol, sigan sorprendiendo a los astrónomos que los estudian.
Hace apenas tres décadas, nadie había confirmado un solo planeta más allá de nuestro sistema solar. Hoy hay miles catalogados, y la cifra sigue subiendo a medida que los telescopios espaciales y los estudios terrestres afinan la búsqueda. Esta guía reúne los descubrimientos, los casi-hallazgos y la física que convierten a los exoplanetas en uno de los campos más animados de la astronomía.
Los descubrimientos que lo empezaron todo
Los primeros exoplanetas confirmados no fueron los mundos acogedores y parecidos a la Tierra que prometía la ficción. Eran dos planetas de masa terrestre hallados orbitando un púlsar de milisegundos, el remanente colapsado y de rotación vertiginosa de una estrella muerta, anunciados en 1992 por Aleksander Wolszczan y Dale Frail. Los púlsares emiten pulsos de radio con tal precisión de reloj que diminutas oscilaciones en su cronometraje delataron la gravedad de compañeros invisibles.
Tres años después llegó un descubrimiento que resultó más familiar. En 1995, los astrónomos hallaron el primer exoplaneta confirmado alrededor de una estrella de secuencia principal similar al Sol, en una órbita estrecha de cuatro días alrededor de 51 Pegasi. Los investigadores lo detectaron con un espectroscopio lo bastante preciso como para captar cambios de velocidad de unos 70 metros por segundo en la luz de la estrella: el leve tirón gravitacional de un planeta en órbita que hace bambolear a su estrella. Esa precisión a nivel instrumental, capaz de detectar una oscilación más lenta que un trote ligero, fue lo que transformó la búsqueda de exoplanetas de mera especulación en una ciencia repetible.
Mundos que rompen las reglas de la formación planetaria
No todos los exoplanetas encajan en las categorías ordenadas que los astrónomos construyeron a partir de nuestros propios ocho planetas. Kepler-51b tiene solo el doble de la masa de la Tierra, pero su volumen se hincha hasta casi el tamaño de Saturno, un planeta cien veces más pesado. Un planeta tan hinchado para su masa debe tener una densidad extraordinariamente baja, lo que sugiere una atmósfera tan extensa y ligera que apenas se mantiene unida.
Los desajustes entre masa y tamaño se dan en ambas direcciones. Entre las entradas del Archivo de Exoplanetas de la NASA, ninguno supera en masa a HR 2562 b, que ronda las 30 veces la masa de Júpiter, que a su vez ya es el planeta más pesado de nuestro propio sistema solar. En el extremo opuesto, un estudio más amplio de miles de exoplanetas encontró un patrón en cómo se mueven, más que en su tamaño: los planetas grandes tienden a asentarse en órbitas elípticas, mientras que los más pequeños prefieren trayectorias más cercanas a la circular. Nadie diseña un sistema solar así; es sencillamente lo que producen la gravedad y los restos sobrantes a lo largo de miles de millones de años.
Un planeta que pierde la carrera contra su propia estrella
Algunos exoplanetas no se limitan a orbitar su estrella, sino que se desintegran lentamente ante ella. Uno de esos mundos condenados, detectado por Kepler, completa una vuelta alrededor de su estrella anfitriona en solo 16 horas y arrastra una cola de polvo similar a la de un cometa, evaporada de su propia superficie. Los astrónomos solo lo detectaron porque esa nube de polvo atenúa periódicamente la luz de la estrella a su paso, una firma distinta de las caídas de brillo limpias y repetibles de un planeta intacto.
Sorprender a un planeta en ese estado exigió vigilar un número enorme de estrellas a la vez, que es exactamente para lo que se construyó Kepler: el telescopio monitorizó simultáneamente más de 145.000 estrellas, en busca del breve y leve oscurecimiento que delata un exoplaneta en tránsito. La mayoría de los planetas descubiertos así se comportan con normalidad. Este destacó precisamente porque no lo hacía.
Un primo más grande y más viejo de la Tierra
Entre los descubrimientos de Kepler, Kepler-452b se ganó un apodo por una buena razón. El planeta es aproximadamente un 60 % más grande que la Tierra y orbita una estrella de tipo G2, la misma clase amplia que el Sol, salvo que esta acumula 6 mil millones de años, 1,5 mil millones más de los que ha visto nuestra propia estrella. Jon Jenkins, líder del análisis de datos de Kepler, lo llamó "un primo mayor y más grande de la Tierra", que permite a los científicos "entender y reflexionar sobre la evolución del entorno de la Tierra".
Lo llamativo de la órbita de Kepler-452b es lo ordinaria que resulta pese al mayor tamaño del planeta: una vuelta completa tarda 385 días, apenas un 5 % más de lo que la Tierra necesita para dar una vuelta al Sol. Cabría esperar que un planeta tanto más grande estuviera mucho más lejos de su estrella, pero las cifras resultan sorprendentemente cercanas a las nuestras, un recordatorio de que el tamaño y la distancia orbital no van necesariamente de la mano.
De qué están hechos los gigantes gaseosos
Entender el interior de un planeta es más difícil que detectarlo en primer lugar, ya que ningún telescopio puede ver a través de sus nubes. Los experimentos de laboratorio llenan ese vacío recreando las presiones aplastantes que se dan en las profundidades de los gigantes gaseosos. Comprimir hidrógeno, en forma de deuterio, hasta unos 150 gigapascales de presión lo hace pasar de un estado transparente a uno opaco, un umbral relevante para modelar lo que ocurre dentro de los exoplanetas gigantes gaseosos masivos y sus primos del sistema solar. Resultados como estos permiten a los astrónomos traducir la masa y el radio medidos de un planeta en una conjetura fundamentada sobre su estructura interna, ya que dos planetas con estadísticas externas idénticas pueden esconder interiores muy distintos.
Mundos alrededor de una estrella vecina
La estrella más cercana al Sol resultó albergar su propio planeta. Proxima Centauri b, descubierto orbitando esa estrella vecina, completa una órbita cada 11,2 días terrestres a una distancia de apenas unas 0,04848 UA, más cerrada que el bucle de Mercurio alrededor del Sol. Estar tan cerca de su estrella es lo que mantiene al planeta lo bastante cálido como para resultar de interés, pese a orbitar una estrella mucho más tenue que el Sol.
Un poco más lejos en la búsqueda de sistemas planetarios cercanos, TRAPPIST-1 ofreció un tipo de hallazgo diferente. Su sistema planetario fue descubierto en 2016 por un equipo liderado por el astrónomo belga Michael Gillon, usando observaciones del Observatorio de La Silla, en Chile, y reveló una familia compacta de planetas agrupados alrededor de una estrella pequeña y fría. Encontrar todo un sistema en una sola campaña, en lugar de un planeta a la vez, cambió la forma en que los astrónomos planifican futuros estudios.
Planetas más allá incluso de la Vía Láctea
Todos los exoplanetas mencionados hasta ahora pertenecen a nuestra propia galaxia. Ese límite se mantuvo hasta que unos investigadores combinaron el Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA con una técnica de microlente, observando una galaxia con cuásar distante en busca de las huellas de planetas invisibles que curvaban su luz. El análisis halló evidencia de aproximadamente 2.000 planetas extragalácticos por cada estrella más allá de la Vía Láctea. Fueron los primeros datos que sugirieron que nuestra propia galaxia es solo una isla entre un número de exoplanetas que supera el billón en cuanto se mira más allá de ella, una cifra tan grande que convierte a los planetas individuales en un zumbido estadístico de fondo más que en objetos discretos para catalogar uno por uno.
Los instrumentos construidos para captar una sola estrella oscilante o una sola curva de luz que se atenúa nunca se diseñaron pensando en un billón de planetas. Que los mismos principios de detección, diminutas distorsiones gravitacionales y ópticas, se escalen desde un solo sistema estelar hasta el equivalente de una galaxia entera de planetas dice tanto sobre el ingenio de los métodos como sobre lo comunes que resultan ser los planetas.
Por qué la búsqueda no deja de mejorar
El propio hardware de Kepler ilustra cuánta precisión exige esta búsqueda. Su espejo primario medía 1,4 metros de diámetro, y cuando Kepler se lanzó, ningún otro telescopio que volara más allá de la atmósfera terrestre llevaba uno más grande, un récord que el Observatorio Espacial Herschel superó apenas unos meses después. Construir un instrumento de ese tamaño, y apuntarlo al mismo trozo de cielo durante años, fue el precio de captar los tránsitos tenues y repetidos que revelan un planeta del tamaño de la Tierra.
Cada generación de la ciencia de los exoplanetas se ha construido sobre la anterior: el cronometraje de púlsares dio paso a las oscilaciones estelares, las oscilaciones estelares dieron paso a la fotometría de tránsitos, que vigila cientos de miles de estrellas a la vez, y la fotometría de tránsitos hoy se extiende hasta galaxias más allá de la nuestra. La próxima sorpresa, ya sea un planeta más extraño que Kepler-51b o una evidencia que redefina lo comunes que son realmente los planetas, probablemente ya está esperando en algún dato por analizar.
Fuentes
- ScienceDaily: Bajo presión, el hidrógeno ofrece un reflejo del interior de los planetas gigantes
- NASA: La misión Kepler descubre un primo más grande y más viejo de la Tierra
- Phys.org: Un exoplaneta que se evapora levanta polvo
- National Geographic: Un nuevo descubrimiento sugiere que puede haber exoplanetas fuera de la Vía Láctea
- Wikipedia: Exoplaneta
- Wikipedia: 51 Pegasi b
- Wikipedia: Telescopio espacial Kepler
- Wikipedia: Proxima Centauri b
- Wikipedia: TRAPPIST-1