Los astrónomos han encontrado más de 4,000 planetas rodeando estrellas distantes, pero ninguno se siente como en casa. Teegarden b es del tamaño correcto, pero se desliza alrededor de su tenue estrella enana en solo cinco días (Tierra). Kepler-452 b tarda 385 días familiares en completar una órbita alrededor de su estrella similar al sol, pero parece ser un pesado "superterran" mucho más masivo que la roca que llamamos hogar. Donde, o incluso si existen verdaderos gemelos de la Tierra, sigue siendo uno de los principales misterios de la astronomía.
Si bien los telescopios espaciales de hoy en día carecen de las habilidades ideales para detectar una Tierra 2.0, los astrónomos están comenzando a tener una idea de la frecuencia con la que pueden surgir mundos similares en el cosmos. Al combinar los conjuntos de datos finales de la nave espacial Kepler de observación de exoplanetas de la NASA con otras encuestas recientes, un equipo de astrónomos ha calculado la estimación más fuerte hasta ahora: dicen que visitarán entre tres y tres docenas de sistemas solares, y probablemente se encontrarán en Al menos una Tierra. Esperan que sus resultados informen el diseño de los próximos telescopios de caza de exoplanetas, así como nuestra comprensión de las posibilidades de la vida tal como la conocemos en otros lugares.
"¿Existe la posibilidad de otra vida en el universo?", Pregunta Danley Tsu, un estudiante graduado en Penn State y coautor de la investigación. "Intentar estimar la frecuencia de planetas similares a la Tierra alrededor de estrellas similares al sol es una de las formas en que podemos responder esa pregunta".
Sin embargo, detectar eso en un puñado es otra cuestión.
El actual ojo de la NASA que busca exoplanetas en el cielo es el Satélite de Encuesta de Exoplanetas en Tránsito (TESS), que busca la atenuación estelar reveladora que indica que un planeta ha pasado frente a su estrella. Sus cámaras recorren la mayoría del cielo, priorizando los sistemas solares cercanos lo suficientemente cerca como para que el telescopio espacial Hubble y el próximo telescopio espacial James Webb (JWST) lo miren más de cerca.
TESS ya ha encontrado más de 1,000 planetas potenciales ("candidatos"), y la NASA espera encontrar cerca de 20,000 más. De esos, quizás 500 serán de la Tierratamaño, pero casi ninguno será la Tierrame gusta. Los astrónomos tienen que detectar tres atenuaciones, o tránsitos, para asegurarse de que están mirando un planeta en órbita (en lugar de una nube de polvo o parpadeo aleatorio), por lo que el escaneo frecuente de TESS le da tiempo para encontrar solo planetas que vuelan alrededor de su estrella en un cuestión de días o semanas, no años.
El satélite también apunta a estrellas frías y enanas rojas. Superan en gran medida a las estrellas más brillantes de "tipo G" como nuestro sol, lo que las convierte en un gran foco para un gran recorrido de exoplanetas, pero es posible que no sean hogares amigables para la vida. Para orbitar dentro de su llamada zona habitable, donde los planetas obtienen la energía suficiente para evitar que el agua se congele o hierva, los planetas tienen que acurrucarse justo al lado de la estrella en lo que podríamos considerar territorio de Mercurio.
Sin embargo, llamar a estas zonas de Ricitos de Oro de la estrella enana "habitables" huele a optimismo. Los planetas allí podrían disfrutar de temperaturas templadas, pero la estrella cercana también los rociaría con radiación ultravioleta y erupciones solares que podrían eliminar las atmósferas y freír a los microbios emergentes. Los organismos pueden encontrar formas de sobrevivir, pero tendrían que ser creativos.
La nave espacial anterior de caza de exoplanetas insignia de la NASA, Kepler, se sintonizó con estrellas más brillantes, similares al sol. Durante años, observó sin parpadear el mismo parche de cielo del tamaño de una luna, recogiendo las caídas de luz que necesitaba para identificar exoplanetas. Sin embargo, después de aproximadamente cuatro años, justo cuando Kepler había estado observando lo suficiente como para comenzar a atrapar el tercer y cuarto tránsito de estrellas que tardaban cientos de días en orbitar, se necesitó una parte para mantenerlo estable.
"Desafortunadamente perdimos la ventana", dice Tsu, "porque la nave espacial murió justo cuando empezábamos a tener más y más candidatos similares a la Tierra".
El resultado fue un catálogo lleno de diversos exoplanetas, pero ni un solo Earth 2.0. Ante la falta de evidencia observacional, los astrónomos recurrieron a herramientas estadísticas para contar lo incontable.
Chris Burke, un astrónomo del MIT que trabajó anteriormente en la misión Kepler y ahora está involucrado con TESS, compara la tarea de realizar un censo. Cuenta a quien sea que pueda y piense detenidamente a quién no puede llegar y por qué. "Tu censo nunca está completo", dice, "tienes que entender dónde extrañas a las personas".
En el caso de Tsu y sus colaboradores, eso significó una comprensión íntima de las fortalezas y debilidades de la nave espacial Kepler. La búsqueda de una estrella de atenuación es teóricamente simple, pero en la práctica debe preocuparse por los píxeles muertos, las falsas alarmas, las estrellas binarias disfrazadas de planetas, la precisión con que conoce el tamaño de cada estrella y una letanía de otras complicaciones. "Cada una de estas pequeñas cosas dará forma a esas detecciones", dice Burke, y tienes que aprender a descubrir qué planetas fueron noqueados durante el proceso de detección y cuáles fueron realmente difíciles de ver.
El equipo de Penn State, que recientemente publicó sus resultados en El diario astronómico, utilizó una serie de nuevos conjuntos de datos para hacer que su estimación sea la más sólida hasta el momento. A diferencia de estudios anteriores, tenían la lista final de exoplanetas de Kepler, y un registro completo de las pruebas que hizo el equipo de Kepler donde colocaron planetas falsos en los datos para probar qué tan bien funcionó el proceso de detección. También utilizaron las últimas mediciones de tamaños de estrellas de la misión europea GAIA, así como técnicas estadísticas innovadoras. Al final, el grupo calculó que al menos un planeta similar a la Tierra rodea cada 2.5 estrellas similares al sol en el mejor de los casos, y cada 33 estrellas similares al sol en el peor de los casos. Tsu pone las probabilidades de que el promedio real caiga fuera de este rango en menos del 10 por ciento.
Burke, que no participó en esta investigación pero que ha publicado un trabajo similar en el pasado, calificó la estimación como un "punto de referencia", pero agregó que otros grupos podrían continuar refinando el cálculo en el futuro. "No es la respuesta final", dice, "pero ciertamente es un paso que debía hacerse".
En cuanto a cuándo los astrónomos encontrarán uno de estos gemelos de la Tierra, ni Tsu ni Burke esperan un descubrimiento inminente. Tsu señala que esta estimación describe la frecuencia de los planetas reales similares a la Tierra, y que el número que pasa frente a su estrella en el ángulo correcto para que podamos detectarlos será menor. Espera que los investigadores construyan telescopios de próxima generación con estas realidades en mente. "Queremos tener una buena idea sobre cuántos planetas esperamos encontrar", dice, "para que no gastemos un par de miles de millones de dólares para diseñar una nave espacial que tenga un rendimiento de cero".
los Telescopio WFIRST reemplazará a TESS como el cazador de planetas más brillante en el bloque celestial en la próxima década, en busca de huellas digitales planetarias en la deformación de los campos gravitacionales de las estrellas. Los investigadores esperan que esta técnica descubra enormes Neptunes que orbitan lejos de sus soles.
Pero para un verdadero sucesor de Kepler capaz de embolsar a un verdadero gemelo de la Tierra, los cazadores de exoplanetas tendrán que esperar al menos hasta la década de 2030, cuando los instrumentos conceptuales como el Gran estudio de infrarrojos ópticos UV (LUVOIR) y la misión Habitable Exoplanet Imaging (HabEx) podría volar. Estos gigantes intentarían tomar fotos de exoplanetas directamente bloqueando la luz abrumadora de la estrella anfitriona. Si sobreviven a las etapas de planificación, LUVOIR, HabEx o algo similar podría ser nuestra mejor apuesta para descubrir cuán única es realmente la Tierra.
"Ahora sabemos que existen (planetas similares a la Tierra)", dice Burke. "Es solo una cuestión de aprovechar las tecnologías para aprender más sobre ellas".