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A fecha que se escribe este artículo (18 de octubre de 2021), la NASA ha confirmado el descubrimiento de 4.531 exoplanetas, es decir, planetas más allá de nuestro Sistema Solar. Pero si tenemos en cuenta que el Universo podría albergar 2 millones de millones de galaxias, que cada galaxia contiene miles de millones de estrellas y que la mayoría de estrellas tienen, como mínimo, un planeta orbitando a su alrededor, estamos extremadamente lejos de conocerlos todos.
Es más, solo podemos descubrir planetas dentro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Y, de hecho, se cree que apenas hemos identificado el 0,0000008% de planetas de nuestra galaxia. Y aunque parezca poco, haber identificado más de cuatro mil planetas extrasolares es un logro increíble. Un viaje que empezó en octubre de 1995, con el descubrimiento de 51 Pegasi b, un exoplaneta situado a 50 años luz de la Tierra.
Ahora, más de 25 años después, hemos avanzado mucho en nuestro catálogo. Pero no debemos olvidar que estos mundos extrasolares se encuentran a muchos años luz de distancia. Y ya no solo es que a escala astronómica los planetas sean muy pequeños, sino que constituyen una fuente de luz tremendamente tenue en comparación con su estrella madre. Esto hace que su visualización directa sea prácticamente imposible.
Y en este contexto, los astrónomos han tenido que desarrollar métodos de detección indirecta que permitan descubrir exoplanetas e incluso, gracias a su precisión, conocer algunas características de estos mundos de nuestra galaxia. El progreso de la Astronomía se cimienta, en gran parte, en estos métodos de detección de planetas que, en el artículo de hoy y de la mano de las más prestigiosas publicaciones científicas, exploraremos.
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¿Cómo se detectan los exoplanetas?
Cuando se descubre un exoplaneta, estamos acostumbrados a ver en los medios de comunicación espectaculares imágenes de estos mundos. Por desgracia, todo esto se trata de ilustraciones. Y es que aunque se haya logrado obtener algunas fotografías directas de planetas extrasolares, el enorme contraste entre su luz y la de la estrella madre dificulta mucho el poder conseguir imágenes reales de estos mundos.
Y es precisamente en este sentido que ha sido necesario desarrollar métodos de detección de planetas extrasolares sin que sea necesaria una visualización directa de los mismos. Existen muchos métodos de detección de exoplanetas distintos, cada uno de ellos con sus ventajas y desventajas. Así pues, a continuación vamos a recoger los más utilizados y a presentar sus principales características.
1. Tránsito
El método rey para descubrir exoplanetas. El método de tránsito consiste en observar fotométricamente una estrella con el objetivo de detectar sutiles cambios en la intensidad de su luz, pues estas variaciones pueden indicar que un planeta está pasando por delante de ella. En este sentido, el método detecta leves cambios en la intensidad de la luz cuando un planeta, desde nuestra perspectiva, al orbitar una estrella, pasa por delante de ella y bloquea parte de la luz.
El paso de un exoplaneta entre su estrella madre y nosotros hará que la luminosidad que recibamos de la estrella disminuya de forma periódica (pues su órbita es también periódica), por lo que nos permite deducir que en esa región existe un planeta. Es muy efectivo e incluso puede arrojar información sobre su composición y propiedades atmosféricas.
2. Microlentes gravitacionales
Otro de los métodos estrella, nunca mejor dicho. Las microlentes gravitacionales son fenómenos a través de los cuales, los campos gravitatorios de una estrella y de sus planetas actúan para aumentar o focalizar la luz de una estrella distante. Es un efecto a través del cual, si los tres objetos están perfectamente alineados desde nuestra perspectiva, la gravedad curva la luz de un cuerpo distante.
Así pues, este método se basa en aprovechar este fenómeno gravitatorio. Un efecto que actúa como una especie de telescopio cósmico que nos permite estudiar objetos celestes que emiten poca (o ninguna luz), como por ejemplo planetas e incluso agujeros negros. Viendo cómo “distorsiona la luz de lo que tiene detrás” por acción de su gravedad, podemos detectar mundos extrasolares. Si hay una alineación perfecta, el planeta hará que una estrella distante parezca más brillante de lo que en realidad es. Eso es lo que medimos.
3. Astrometría
La astrometría es un método de detección de exoplanetas que consiste en detectar pequeñas variaciones en la posición y oscilación de una estrella a causa del efecto que tiene la órbita de un planeta a su alrededor. La variación dependerá de la masa del planeta y de la distancia, pero incluso cuando ambos factores son notables, la influencia es muy pequeña. De ahí que sea un método complicado.
El método se basa en el hecho de que la estrella gira sobre el centro de masas del sistema planetario, por lo que pueden haber variaciones en su posición y oscilación. Aun así, los planetas deben ser muy masivos y tener un periodo de órbita largo. E incluso así, las mediciones deben hacerse durante años. Todo esto hace que este método, que busca medir las pequeñas perturbaciones que los planetas provocan en su estrella madre, sea extremadamente dificultoso.
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4. Binaria eclipsante
El método de binaria eclipsante es una técnica de detección de exoplanetas aplicable solo en aquellos que forman parte de un sistema estelar binario, es decir, con dos estrellas. Cuando un sistema estelar binario queda alineado, desde la perspectiva de la Tierra, de tal modo que ambas estrellas pasan una por delante de la otra, se produce lo que se conoce como “binario eclipsante”.
Y este fenómeno permite determinar unas marcas de tiempo en los “eclipses estelares” que variarán en caso de que un planeta orbite alrededor de estas estrellas. Con este método, buscamos ver las variaciones en el tiempo que pasa entre el eclipse primario y el eclipse secundario, cosa que nos da información sobre la presencia de planetas en ese sistema. Para los sistemas binarios cercanos, es uno de los mejores métodos de detección de exoplanetas.
5. Detección directa
El más sencillo y, a la vez, más complejo. Entendemos por detección directa todo aquel método de detección de planetas que se basa en una observación de los mismos mediante luz visible o infrarroja. Es la técnica que más información arroja, pero también la más difícil por lo que hemos comentado al principio: la ya de por sí tenue luz de un planeta contrasta enormemente con la luminosidad de su estrella. Es decir, la luz de la estrella “ahoga” a la del planeta.
Teniendo en cuenta que una estrella es miles de miles de millones de veces más brillante que un planeta, para realizar esta detección directa tenemos que usar instrumentos que logren bloquear la superficie brillante de la estrella u observar el hipotético mundo con longitudes de onda que pertenezcan al espectro del infrarrojo. De todos modos, apenas el 5% de los exoplanetas descubiertos han sido identificados por detección directa.
6. Velocidad radial
Por velocidad radial entendemos aquel método de detección de exoplanetas que se basa en cómo un mundo, al orbitar alrededor de su estrella, hace que esta se “tambalee” acercándose o alejándose de nosotros. Este movimiento, a causa del efecto Doppler, provocará cambios en las líneas espectrales de la estrella, que es lo que intentamos detectar.
El efecto Doppler es un fenómeno que consiste en el aparente cambio de frecuencia de onda por el movimiento relativo de la fuente que emite dicha energía y el espectador. Así pues, lo que buscamos es el efecto Doppler que se produce por la fuerza gravitacional que el planeta ejerce sobre la estrella, provocando oscilaciones en ella que se traducirán, por este efecto, en un corrimiento hacia el color azul (si la estrella se acerca) o hacia el color rojo (si se aleja). Es muy eficaz pero solo en planetas masivos muy cercanos a su estrella madre.
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7. VTT (Variación en el Tiempo de Tránsito)
El VTT es un método de detección de exoplanetas donde utilizamos los cambios en el tránsito de un planeta para detectar otro mundo del mismo sistema estelar. Esto permite, cuando ya hemos detectado un planeta de un sistema, encontrar otros potenciales mundos con masas que pueden ser tan pequeñas como la de uno similar a la Tierra, pues es un método muy sensible.
En sistemas planetarios donde los planetas se encuentran relativamente cerca, la atracción gravitatoria entre ellos puede hacer que unos aceleren y que otros desaceleren a lo largo de su órbita. Estas variaciones en el tránsito de un planeta que ya hemos descubierto puede, en ocasiones, indicarnos la existencia de planetas adicionales que no podíamos encontrar con otras técnicas.
8. Cronometría de púlsares
Un método aplicable para planetas que giran alrededor de púlsares, una estrella de neutrones que emite radiación muy intensa a intervalos cortos y tremendamente regulares a través de una rotación perfectamente periódica. Los púlsares emiten dos haces de radiación electromagnética que, si quedan alineados con la Tierra, proyectan luz intermitente como si de un faro en el Universo se tratara.
Por ello, si hay un planeta orbitando a su alrededor, habrá variaciones en la llegada de la luz procedente de este púlsar. Estos cambios en la frecuencia de llegada del haz nos puede indicar, pues, que un exoplaneta está orbitando alrededor de una estrella de este tipo.
