Una de las áreas más fascinantes de la investigación astronómica en los últimos años es la búsqueda de otros planetas 'Tierra' girando alrededor de estrellas tipo Sol.

Se han descubierto más de cien planetas en órbita alrededor de otras estrellas, pero ninguno de ellos se parece ni siquiera remotamente a la Tierra. Sin embargo, de acuerdo a recientes simulaciones por computadora realizadas por Barrie Jones y Nick Sleep de The Open University (EE.UU.), debería haber millones de mundos terrestres en la galaxia esperando a que los telescopios alcancen la perceptividad necesaria para que sea posible encontrarlos.

"Aunque no tengamos aún la capacidad de detectar Tierras, podemos dejar establecido teóricamente que es muy probable que los sistemas extrasolares posean una 'Tierra'", dijo el profesor Jones.

Jones y Sleep están usando un modelo de computadora para colocar 'Tierras' en sistemas extrasolares conocidos, para así determinar cuánto tiempo se mantienen los pequeños planetas al ser ubicados entre los enormes campos gravitatorios de sus vecinos gigantes.

El profesor Jones explicó en la reunión de la National Astronomy de Bristol los resultados de la simulación de órbitas planetarias ubicadas dentro de las franjas habitables —conocidas como las "zonas Goldilocks"— de las estrellas cercanas, en las que las temperaturas son las correctas para permitir que en los planetas tipo Tierra el agua esté en forma líquida.

Toda 'Tierra' que se encuentre en esa zona es un hábitat potencial para la vida tal como la conocemos. En algunos sistemas extrasolares hay uno o más planetas gigantes ubicados demasiado cerca de la franja habitable para permitir que una 'Tierra' pudiese mantenerse en órbita estable. Pero en otros sistemas es posible la supervivencia a largo plazo, por lo cual esos sistemas se convierten en blancos primarios para la búsqueda de vida fuera del Sistema Solar.

El sistema planetario más parecido al Sistema Solar (por lejos) es el de 47 Ursae Majoris (47 UMa), una estrella de tipo solar un poco más antigua que el Sol. Esto significa que es un poco más caliente y más luminosa que el Sol, de modo que su franja habitable está un poco más alejada, extendiéndose entre alrededor de 1 Unidad Astronómica (1 UA es la distancia media entre la Tierra y el Sol, 150 millones de km) a aproximadamente 1,9 UA, mientras en el Sistema Solar esta zona se extiende más o menos desde 0,8 UA a 1,7 UA, lo que cubre desde la órbita de Venus hasta la órbita de Marte.

Dibujo de un planeta extrasolar

Se sabe que 47 UMa tiene dos planetas gigantes orbitándolo. El más interior tiene una masa de por lo menos 2,54 veces la de Júpiter, mientras que el otro es bastante menor, probablemente con un poco menos que la masa de nuestro gigante gaseoso.

Sin embargo, ambos gigantes están más cerca de 47 UMa que Júpiter de nuestro Sol. En términos del Sistema Solar, el gigante interior de 47 UMa estaría en nuestro cinturón de asteroides, mientras que el más externo orbita entre este cinturón y Júpiter, de modo que ambos gigantes están cerca de la franja habitable de la estrella. Sin embargo, a pesar de su relativa proximidad y sus grandes masas, Jones y Sleep encontraron que un planeta del tipo Tierra podría sobrevivir en varias posiciones orbitales dentro de la zona habitable de 47 UMa. "Es, ciertamente, un sistema prometedor para buscar un planeta terrestre y con vida", dijo Jones.

Tomando como base la investigación realizada sobre varios de los sistemas extrasolares conocidos, el grupo de la Open University estima que una proporción interesante de ellos podría contener 'Tierras' habitables, incluso aquellos sistemas en los que los planetas gigantes están más cerca de las zonas habitables que lo que se encuentra Júpiter en nuestro sistema. Si la conclusión es correcta, las 'Tierras' habitables pueden ser muy comunes en la galaxia.

"Podría haber miles de millones de 'Tierras' en la Vía Láctea", dijo Jones, "y montones más si encontramos sistemas similares al nuestro, con los planetas gigantes ubicados lejos de las franjas habitables".

Todos los planetas extrasolares conocidos hasta ahora son mucho más grandes y masivos que la Tierra. En composición, masa y diámetro se parecen a Júpiter y Saturno; están hechos predominantemente de oxígeno y helio, como las estrellas, mientras que la Tierra está hecha de materiales rocosos. Pero esto se debe a que nuestros instrumentos apenas permiten percibir de manera indirecta los efectos orbitales de las grandes masas de estos cuerpos gigantes sobre la estrella del sistema, mientras que los planetas como la Tierra se mantienen "invisibles" a la capacidad de detección que diponemos hoy.

Otra manera de percibir planetas extrasolares es verlos cuando se mueven por delante de su estrella. El grupo de astronomía de la Open University se ha unido con el consorcio Wide Angle Search for Planets (WASP), que buscará tránsitos de planetas por frente a los soles de sus sistemas. Otras universidades que forman parte de este consorcio son la de Belfast, Cambridge, Leicester y St. Andrews. Aunque el método basado en el tránsito es más efectivo para la detección de grandes planetas, la técnica podría revelarnos pronto la existencia de algunos no mucho mayores que la Tierra.

El proyecto Terrestrial Planet Finder, una misión que tratará de localizar planetas extrasolares parecidos al nuestro, ha dado otro paso adelante. La NASA ha seleccionado dos posibles modelos (o métodos) que definirán el camino a seguir y el tipo de tecnología que habrá que desarrollar para hacerla realidad.

Los dos métodos encaran de modo diferente la búsqueda del mismo objetivo: enmascarar de alguna manera la emisión luminosa de la estrella madre para así poder observar y fotografiar sus planetas, con imágenes mucho más débiles, una operación que se ha comparado con localizar una luciérnaga próxima a un potente foco de luz. La misión también pretende determinar cómo son las superficies y las atmósferas de los planetas que se hallen, además de buscar señales químicas de la presencia de vida.

Las arquitecturas candidatas son las llamadas Infrared Interferometer y Visible Light Coronagraph. La primera consiste en un grupo de pequeños telescopios situados sobre una estructura fija, o quizás separados y volando en formación a bordo de varios vehículos. Este sistema interferométrico simulará la capacidad de un telescopio mucho mayor. La técnica que empleará para enmascarar la luz de la estrella observada permite reducirla en un factor de un millón, suficiente para detectar la debilísima emisión infrarroja de los planetas. El segundo modelo es un telescopio óptico más grande, con un espejo principal tres o cuatro veces mayor que el del Hubble y al menos diez veces más preciso. Su potencia permitiría recoger la luz debilísima reflejada por los planetas, gracias a un coronógrafo capaz de reducir la luz de la estrella en un factor de 1.000 millones.

El proyecto Terrestrial Planet Finder, actualmente en desarrollo en el JPL (Jet Propulsion Laboratory de la NASA), se puso en marcha hace unos tres años. Los especialistas han examinado alrededor de sesenta propuestas de diseño que fueron elaboradas por cuatro grupos académicos distintos y han determinado que las dos arquitecturas seleccionadas son las que ofrecen las mayores posibilidades de éxito. El próximo paso será continuar profundizando en estos dos modelos y examinando la tecnología que será necesario desarrollar para que el TPF pueda ser lanzado al espacio a mediados de la próxima década.

El JPL y la NASA seleccionarán entre los dos proyectos una arquitectura ganadora en el 2005 ó 2006. Para su financiación contarán, quizá, con alguna colaboración internacional.

Más información en: TPF - Origins - JPL

Dibujo de un planeta gaseoso gigante con lunas orbitando la estrella Gliese 876

La aguda capacidad de visión del telescopio espacial Hubble de la NASA permitió que un equipo internacional de astrónomos aplicase una técnica no probada anteriormente, llamada astrometría, para realizar la determinación precisa de la masa de un planeta extrasolar. Los resultados obtenidos dieron una masa de entre 1,89 a 2,4 veces la de Júpiter, el mundo de mayor tamaño en nuestro Sistema Solar. Las estimaciones previas, bastante imprecisas, habían determinado una masa de entre 1,9 y 100 veces la de Júpiter.

Con el conjunto de instrumentos del Hubble llamado Fine Guidance Sensors (FGSs), que además se utiliza para apuntar y estabilizar el observatorio móvil, se midió un pequeño bamboleo lateral de la estrella enana roja Gliese 876. Este movimiento se debe a la atracción gravitatoria de un acompañante invisible, descubierto en 1998 desde telescopios terrestres, que ha sido designado Gliese 876b (Gl 876b).

Gl 876b es el segundo (luego de HD 209458) de dos únicos planetas extrasolares cuya masa se ha podido determinar y el primero en el que la medición se logró utilizando la astrometría. Ahora que la técnica ha demostrado ser viable para realizar confirmaciones con el observatorio espacial, se utilizará para acabar con la indefinición en las masas de docenas de planetas extrasolares que se han descubierto.

Las observaciones fueron realizadas por George F. Benedict y Barbara McArthur (de la Universidad de Texas en Austin, EE.UU.), miembros del grupo internacional de observación dirigido por Thierry Forveille (Canadá-Francia-Hawaii Telescope Corporation, Hawaii y Grenoble Observatory, Francia). Los resultados se publicaron en el ejemplar del 20 de diciembre de 2002 del Astrophysical Journal Letters.

Benedict venía observando el movimiento de yo-yo de la estrella desde hace más de dos años, en los que realizó un total de veintisiete observaciones orbitales desde el telescopio espacial Hubble. "Hacer este tipo de mediciones sobre el movimiento de una estrella es muy difícil", remarcó Benedict. "Estamos midiendo ángulos de 0,5 milisegundos, equivalentes al tamaño de una moneda de un cuarto de dólar (casi 24 mm) vista desde 4.800 km de distancia".

Un planeta gigante de otro sistema en tránsito frente a su estrella

El planeta más grande, Gl 876b, es el más alejado de los dos que orbitan la estrella Gliese 876. Fue descubierto por dos grupos, uno dirigido por Xavier Delfosse (Génova/Grenoble Observatory) y el otro por Geoffrey Marcy (U.C. Berkeley y San Francisco State University). Un año después, en 1999, el grupo de Marcy descubrió un planeta más pequeño ubicado más cerca de Gliese 876. Estos descubrimientos se lograron midiendo las variaciones de velocidad de la estrella, un método llamado "técnica de velocidad radial".

Benedict y McArthur combinaron la información astrométrica con las mediciones de velocidad radial que habían realizado cuando se descubrió el planeta para determinar su masa e inclinación orbital. Si los astrónomos no conocen la inclinación de la órbita del planeta con respecto a la Tierra, sólo pueden estimar cuál sería la masa mínima. Pero este dato es incompleto, porque la masa puede ser significativamente mayor según cual sea la inclinación de la órbita respecto al lugar de observación, la Tierra. Dependiendo de la inclinación, el movimiento oscilatorio de la estrella con respecto a nosotros podría verse mucho menos, aunque el cuerpo que la acompañe sea muy masivo. "No se le pueden ocultar compañeros masivos al telescopio espacial Hubble", dijo McArthur. "La órbita del planeta parece estar inclinada de tal modo que su perímetro apunta hacia la Tierra. Esto verifica que se trata de un objeto de masa no tan grande".

"Hay unas pocas estrellas en las que podemos hacer este mismo tipo de investigación con el Hubble", dice Benedict. "La mayoría de las estrellas candidatas están demasiado lejos". Los astrónomos deberán esperar hasta que se ponga en funcionamiento la misión de la NASA llamada Space Interferometry Mission (SIM), con un equipo que será mucho más preciso que el Hubble.

"El conocimiento correcto de la masa de los planetas extrasolares permitirá que los teóricos respondan montones de interrogantes sobre la formación de los planetas", agregó Benedict. "Cuando dispongamos de centenares de determinaciones de masa de planetas que orbitan alrededor de todo tipo de estrellas, sabremos qué tipo de planetas se forma alrededor de cada tipo de estrella. ¿Formarán las grandes estrellas planetas grandes y las pequeñas planetas menores?"

La medición del bamboleo de las estrellas se utilizó durante décadas para buscar planetas, pero se necesita una gran precisión y estabilidad óptica en el telescopio. Los FGSs del Hubble son las primeras herramientas astrométricas que permiten este tipo de medición ultra-precisa en un planeta extrasolar.

Nota: El gigante gaseoso que orbita la estrella del tipo sol HD 209458 es el primer planeta cuya masa fue verificada utilizando datos de tránsito y velocidad radial. Esto fue posible debido a que se descubrió al planeta transitando por delante de la estrella cada cuatro días, lo que produce una leve disminución periódica de brillo. Esto prueba que la órbita está orientada con el borde dirigido hacia nosotros. La masa del planeta fue estimada en 0,7 masas de Júpiter.

Los astrónomos del proyecto Planet Search del McDonald Observatory han descubierto el primer planeta conocido que orbita una estrella que se encuentra en un sistema binario con una compañera cercana. El descubrimiento afecta el cálculo del número posible de planetas en nuestra galaxia, ya que, a diferencia del Sol, la mayoría de las estrellas conforman un sistema binario. El grupo anunció su hallazgo en una reunión realizada en la División de Ciencias Planetarias de la American Astronomical Society en Birmingham, ALA, EE.UU.

Artie Hatzes (de Thueringer Landessternwarte Tautenburg), Bill Cochran (del UT-Austin McDonald Observatory) y sus colegas descubrieron que el planeta orbita la estrella mayor del sistema binario, Gamma Cephei, que está a unos 45 años luz de distancia en la constelación Cefeus. La estrella primaria tiene 1,59 masas solares. El planeta tiene 1,76 veces la masa de Júpiter. Orbita la estrella a más o menos 2 Unidades Astronómicas (U.A.), lo que significa que está alejado de su sol un poco más que Marte en nuestro sistema. (Una U.A. es la distancia promedio entre la Tierra y el Sol.) La otra estrella, relativamente pequeña, está a sólo 25 a 30 U.A. de la primaria, más o menos la distancia que está Urano del Sol.

Los astrónomos ya habían hallado planetas en órbita alrededor de estrellas binarias, pero en sistemas en los que las estrellas estaban cientos de veces más alejadas entre sí que lo que están en Gamma Cephei. En esos sistemas, las binarias están los suficientemente lejos como para comportarse como estrellas independientes.

El grupo de Cochran comenzó a observar la estrella Gamma Cephei en 1998 con el telescopio Harlan J. Smith de 2,7 metros del observatorio McDonald. Antes de esto, un grupo canadiense de astrónomos utilizó el telescopio de Canadá-Francia-Hawaii (CFHT) para estudiar esta estrella. En total, el tiempo de observación se extiende a veinte años.

Anteriormente, algunos astrónomos creyeron que la variación de emisión de luz de esta estrella binaria, con un ciclo de 2,5 años, era causada por un proceso físico de las estrellas.

"Pensamos que es un planeta porque la variación ha sido exacta y constante durante ocho ciclos completos", dijo Cochran. "La estrella no podría haber variado con tanta exactitud a lo largo de ocho ciclos que duraron veinte años. Nuestras técnicas de observación incluyen buenos detectores de variación estelar, y no hemos visto variaciones que se le puedan atribuir a la estrella. La única explicación lógica que queda es que se trata de un planeta".

Una estrella de tercera magnitud como Gamma Cephei se puede ver a ojo desnudo, pero incluso los telescopios más poderosos tienen dificultad para separar las dos fuentes de luz del sistema.

La búsqueda de planetas por parte del McDonald Observatory comenzó en 1987. El grupo de trabajo utiliza el telescopio Harlan J. Smith de 2,7 metros para monitorear alrededor de ciento ochenta estrellas cercanas del tipo sol a la búsqueda de planetas del tamaño de Júpiter. Además de en Gamma Cephei, este grupo ha encontrado planetas orbitando las estrellas 16 Cygni B y Epsilon Eridani. El programa es financiado por la National Science Foundation y la NASA.

Para más detalles, visite: http://www.as.utexas.edu/planet/gamcep.html

Galería

En julio de 2002 el resultado de la búsqueda de nuevos mundos alcanzó y superó el conteo de cien planetas descubiertos alrededor de otras estrellas. Entre los descubrimientos que se produjeron en ese momento se encuentra el planeta extrasolar con la masa más pequeña que se haya hallado hasta ahora.

El planeta número 101, un acompañante de la estrella HD 76700, tiene 0,69 de la masa de Saturno y recorre una órbita circular. Este planeta, junto al gigante HD 2039 b, fueron descubiertos por un grupo que utilizó el telescopio Anglo-Australiano para medir la velocidad radial de las estrellas. Ambos planetas son gigantes gaseosos y es difícil que puedan contener vida como la conocemos.

Poco antes de llegar a la cuenta de cien, se descubrió un sistema solar que se asemeja al nuestro, ya que posee un planeta similar a Júpiter orbitando una estrella similar al sol casi a la misma distancia a la que se encuentra el sistema joviano de nuestro Sol.

El catálogo sigue creciendo, ya que hay docenas de grupos científicos en todo el mundo que se dedican a la búsqueda de planetas extrasolares observando los efectos que producen en sus estrellas.

Las misiones futuras del JPL tales como el interferómetro Keck, Space Interferometry y Terrestrial Planet Finder, permitirán el estudio en detalle de los nuevos sistemas planetarios, incluso aportarán algunas de las primeras imágenes directas que podamos ver de ellos.

(Traducido, adaptado y ampliado por Eduardo Carletti de los sitios Spaceflight Now, Noticias de la Ciencia y la Tecnología, Space Telescope Science Institute, McDonald Observatory Planet Search, Planet Quest y otros en Internet)