Desde el descubrimiento histórico en 1992 de dos planetas que orbitan una estrella fuera de nuestro Sistema Solar, miles de nuevos mundos se han agregado a una lista en rápido crecimiento de ‘exoplanetas’ en la galaxia Vía Láctea.
Hemos aprendido muchas cosas de esto. vasto catálogo de mundos alienígenas que orbitan estrellas alienígenas. Pero un pequeño detalle se destaca como un pulgar dolorido. No hemos encontrado nada más allá afuera como nuestro propio Sistema Solar.
Esto ha llevado a algunos a concluir que nuestra estrella natal y su prole podrían ser valores atípicos de alguna manera, quizás el único sistema planetario de este tipo.
Por extensión, esto podría significar que la vida misma es un caso atípico; que las condiciones que formaron la Tierra y su barniz de química autorreplicante son difíciles de replicar.
Si solo estás mirando los números, el panorama es sombrío. Por un amplio margen, los exoplanetas más numerosos que hemos identificado hasta la fecha son de un tipo que no se sabe que sea propicio para la vida: gigantes y subgigantes, de la variedad de gas y tal vez de hielo.
La mayoría de los exoplanetas que hemos visto hasta ahora orbitan sus estrellas muy de cerca, prácticamente abrazándolas; tan cerca que sus temperaturas candentes serían mucho más altas que el rango de habitabilidad conocido.
Es posible que a medida que sigamos buscando, las estadísticas se equilibren y veamos más lugares que nos recuerdan a nuestro propio patio trasero. Pero el problema es mucho más complejo que solo mirar números. La ciencia de exoplanetas está limitada por las capacidades de nuestra tecnología. Más que eso, nuestra impresión de la verdadera variedad de mundos alienígenas corre el riesgo de verse limitada por nuestra propia imaginación.
Lo que realmente hay en la galaxia de la Vía Láctea, y más allá, puede ser muy diferente de lo que realmente vemos.
Expectativas y cómo frustrarlas
La ciencia de los exoplanetas tiene un historial de subvertir las expectativas, desde el principio.
“Si regresas a ese mundo en el que crecí cuando era niño, solo conocíamos un sistema planetario”. dijo a Heaven32 el científico planetario Jonti Horner de la Universidad del Sur de Queensland.
“Y ese era este tipo de suposición implícita, y a veces la suposición explícita, de que todos los sistemas planetarios serían así.
Por esta razón, los científicos tardaron un tiempo en identificar un exoplaneta que orbitara una estrella de secuencia principal, como nuestro Sol. Suponiendo que otros sistemas solares fueran como el nuestro, los signos reveladores de planetas pesados tirando de sus estrellas llevarían años para observar, al igual que nuestros propios gigantes gaseosos tardan años en completar una órbita.
Sobre la base de períodos tan largos de una sola medición, no parecía valer la pena examinar un historial relativamente corto de observaciones de muchas estrellas para descartar de manera concluyente un sistema solar compañero de la secuencia principal.
Cuando finalmente miraron, el exoplaneta que encontraron no se parecía en nada que estaban esperando: un gigante gaseoso la mitad de la masa (y el doble del tamaño) de Júpiter orbitando tan cerca de su estrella anfitriona, su año equivale a 4,2 días y su atmósfera se quema a temperaturas de alrededor de 1.000 grados Celsius (1800 grados Fahrenheit).
Desde entonces, hemos aprendido que estos planetas tipo ‘Júpiter caliente’ no son rarezas en absoluto. En todo caso, parecen relativamente comunes.
Ahora sabemos que hay mucha más variedad en la galaxia que la que vemos en nuestro sistema doméstico. Sin embargo, es importante no asumir que lo que podemos detectar actualmente es todo lo que la Vía Láctea tiene para ofrecer. Si hay algo por ahí como nuestro propio Sistema Solar, es muy posible que esté más allá de nuestras capacidades de detección.
“Cosas como el Sistema Solar son muy difíciles de encontrar para nosotros, están un poco más allá de nosotros tecnológicamente en este momento”, dijo Horner.
“Es muy poco probable que los planetas terrestres se detecten en cualquiera de los estudios que hemos realizado hasta ahora. Es muy poco probable que puedas encontrar un Mercurio, Venus, la Tierra y Marte alrededor de una estrella como el Sol”.
Cómo encontrar un planeta
Seamos perfectamente claros: los métodos que usamos para detectar exoplanetas son increíblemente inteligentes. Actualmente hay dos que son los caballos de batalla del juego de herramientas de detección de exoplanetas: el método de tránsito y el método de velocidad radial.
En ambos casos, necesita un telescopio sensible a cambios muy pequeños en la luz de una estrella. Las señales que cada uno está buscando, sin embargo, no podrían ser más diferentes.
Para el método de tránsito, necesitará un telescopio que pueda mantener una estrella fija en su campo de visión durante un período prolongado de tiempo. Es por eso que instrumentos como el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS) basado en el espacio de la NASA es una potencia tan poderosa, capaz de bloquear un segmento del cielo para más de 27 días sin ser interrumpido por la rotación de la Tierra.
¡Astronomía invasora un gif de exoplaneta a la vez! Esta vez con un gif que muestra el método de tránsito para detectar exoplanetas 😊 pic.twitter.com/2ZHv24DRTH
— Alysa Obertas (modo de pánico de disertación extrema) (@AstroAlysa) 1 de septiembre de 2021
El objetivo de este tipo de telescopios es detectar la señal de un tránsito, cuando un exoplaneta pasa entre nosotros y su estrella anfitriona, como una pequeña nube que oculta algunos rayos de sol. Estas inmersiones en la luz son diminutas, como puedes imaginar. Y una señal es insuficiente para inferir con confianza la presencia de un exoplaneta; hay muchas cosas que pueden atenuar la luz de una estrella, muchas de las cuales son eventos únicos. Los tránsitos múltiples, especialmente los que exhiben una periodicidad regular, son el estándar de oro.
Por lo tanto, los exoplanetas más grandes que se encuentran en períodos orbitales cortos, más cerca de sus estrellas que Mercurio del Sol (algunos mucho, mucho más cerca, en órbitas de menos de una semana terrestre), se ven favorecidos en los datos.
En caso de que te lo hayas perdido, ¡mi gif que muestra cómo se detectan los exoplanetas a través del método de velocidad radial ahora está disponible en modo oscuro! pic.twitter.com/P4yvXQVSUt
— Alysa Obertas (modo de pánico de disertación extrema) (@AstroAlysa) 15 de agosto de 2022
El método de velocidad radial detecta el bamboleo de una estrella causado por la atracción gravitatoria del exoplaneta a medida que gira en su órbita. Verás, un sistema planetario en realidad no orbita alrededor de una estrella, sino que baila en un movimiento coordinado. La estrella y los planetas orbitan un centro de gravedad común, conocido como baricentro. Para el Sistema Solar, ese es un punto muy, muy cercano a la superficie del Sol, o justo fuera de ella, principalmente debido a la influencia de Júpitercual es mas de dos veces la masa de todo el resto de los planetas combinados.
A diferencia del evento de un tránsito que parpadea y te lo pierdes, el cambio en la posición de la estrella es un cambio continuo que no requiere un monitoreo constante para notarlo. Podemos detectar el movimiento de estrellas distantes que orbitan alrededor de sus baricentros porque ese movimiento cambia su luz debido a algo llamado efecto Doppler.
A medida que la estrella se mueve hacia nosotros, las ondas de luz que vienen en nuestra dirección se aplastan ligeramente hacia el extremo más azul del espectro; a medida que se aleja, las olas se estiran hacia el extremo más rojo. Un ‘bamboleo’ regular en la luz de la estrella sugiere la presencia de un compañero orbital.
Nuevamente, los datos tienden a favorecer a los planetas más grandes que ejercen una influencia gravitacional más fuerte, en órbitas más cortas y cercanas a su estrella.
Aparte de estos dos métodos destacados, en ocasiones es posible obtener una imagen directa de un exoplaneta mientras orbita alrededor de su estrella. Aunque es algo extremadamente difícil de hacer, puede volverse más común en la era JWST.
Según el astrónomo Daniel Bayliss de la Universidad de Warwick en el Reino Unido, este enfoque descubriría una clase casi opuesta. de exoplaneta a la variedad de órbita corta. Para poder ver un exoplaneta sin que el resplandor de su estrella madre lo inunde, los dos cuerpos deben tener una separación muy amplia. Esto significa que el enfoque de imágenes directas favorece a los planetas en órbitas relativamente largas.
Sin embargo, los exoplanetas más grandes aún se verían más fácilmente a través de este método, por razones obvias.
“Cada uno de los métodos de descubrimiento tiene sus propios sesgos”, dijo Bayliss.
La Tierra con su ciclo de un año alrededor del Sol se encuentra entre los extremos orbitales favorecidos por diferentes técnicas de detección, dijo, por lo que “encontrar planetas con una órbita de un año sigue siendo muy, muy difícil”.
¿Qué hay ahí fuera?
Con mucho, el grupo mas numeroso de exoplanetas es una clase que ni siquiera está representada en el Sistema Solar. Ese es el mini-Neptuno: exoplanetas envueltos en gas que son más pequeños que Neptuno y más grandes que la Tierra en tamaño.
La mayoría de los exoplanetas confirmados están en órbitas mucho más cortas que la Tierra; de hecho, más de la mitad tienen órbitas de menos de 20 días.
La mayoría de los exoplanetas que hemos encontrado orbitan estrellas solitarias, muy parecidas a nuestro Sol. Menos del 10 por ciento se encuentran en sistemas de múltiples estrellas. Sin embargo, mLa mayoría de las estrellas de la Vía Láctea son miembros de un sistema de múltiples estrellas, con estimaciones de hasta el 80 por ciento vistas en una asociación que orbita al menos otra estrella.
Sin embargo, piénsalo por un momento. ¿Significa eso que los exoplanetas son más comunes alrededor de estrellas individuales, o que los exoplanetas son más difíciles de detectar alrededor de múltiples estrellas? La presencia de más de una fuente de luz puede distorsionar u oscurecer las señales muy similares (pero mucho más pequeñas) que estamos tratando de detectar de los exoplanetas, pero también podría deberse a que los sistemas de estrellas múltiples complican la formación de planetas de alguna manera.
Y esto nos lleva de vuelta a casa, de vuelta a nuestro Sistema Solar. Por extraño que parezca el hogar en el contexto de todo lo que hemos encontrado, puede que no sea nada raro.
“Creo que es justo decir que en realidad hay algunos tipos muy comunes de planetas que faltan en nuestro Sistema Solar”, dijo Bayliss.
“Súper Tierras que se parecen un poco a la Tierra pero tienen el doble de radio, no tenemos nada de eso. No tenemos estos mini-Neptunos. Así que creo que es justo decir que hay algunos muy comunes planetas que no vemos en nuestro propio Sistema Solar.
“Ahora, ya sea que eso haga que nuestro Sistema Solar sea raro o no, creo que no iría tan lejos. Porque podría haber muchas otras estrellas que tienen un conjunto de planetas del tipo del Sistema Solar que simplemente no vemos todavía. .”
Al borde del descubrimiento
Los primeros exoplanetas fueron descubiertos hace apenas 30 años orbitando un púlsar, una estrella completamente diferente a la nuestra. Desde entonces, la tecnología ha mejorado hasta perderse de vista. Ahora que los científicos saben qué buscar, pueden idear formas cada vez mejores de encontrarlos alrededor de una mayor diversidad de estrellas.
Y, a medida que avanza la tecnología, también lo hará nuestra capacidad para encontrar mundos cada vez más pequeños.
Esto significa que la ciencia de los exoplanetas podría estar a punto de descubrir miles de mundos ocultos a nuestra vista actual. Como señala Horner, en astronomía hay muchas más cosas pequeñas que grandes.
Las estrellas enanas rojas son un ejemplo perfecto. Son el tipo de estrella más común en la Vía Láctea, y son diminutas, hasta aproximadamente la mitad de la masa del Sol. Son tan pequeños y tenues que no podemos verlos a simple vista, pero representan hasta el 75 por ciento de todas las estrellas de la galaxia.
En este momento, cuando se trata de comprender estadísticamente los exoplanetas, estamos operando con información incompleta, porque hay tipos de mundos que simplemente no podemos ver.
Eso está obligado a cambiar.
“Tengo la sensación persistente de que si vuelves dentro de 20 años, verás esas afirmaciones de que los mini-Neptunos son el tipo de planeta más común con tanto escepticismo como mirarías las declaraciones de los principios de la década de 1990 que decían que solo habría planetas rocosos al lado de la estrella”, dijo Horner a Heaven32.
“Ahora, bien podría estar equivocado. Así es como funciona la ciencia. Pero mi pensamiento es que cuando lleguemos al punto en que podamos descubrir cosas que son del tamaño de la Tierra y más pequeñas, encontraremos que hay más cosas que son del tamaño de la Tierra y más pequeños que las cosas que tienen el tamaño de Neptuno”.
Y tal vez descubramos que nuestro pequeño y extraño sistema planetario, con todas sus peculiaridades y maravillas, no está tan solo en el cosmos después de todo.
Una versión anterior de este artículo se publicó en diciembre de 2022.