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Planetas extrasolares: más allá del descubrimiento número 1.000
23 Oct. 2013

Cuando se descubrió el primer planeta extrasolar orbitando una estrella en 1995, la comunidad astrofísica no podía sospechar que dos décadas después los estudios sobre exoplanetas constituirían uno de los pilares fundamentales de la astronomía moderna y que se habría superado el millar de planetas descubiertos, de acuerdo con los últimos datos de The Extrasolar Planets Encyclopaedia. Con la excusa de haber alcanzado una cifra tan redonda en el número de planetas encontrados, os damos algunas claves sobre estos mundos lejanos fuera del sistema solar. Para ello contamos con las voces expertas de Hans Deeg y Roi Alonso, investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), pionero en la búsqueda de planetas extrasolares.

¿Qué es un exoplaneta o un planeta extrasolar?

Un exoplaneta es un planeta que orbita en torno a una estrella diferente del Sol. “Mientras en el sistema solar se utilizan unos criterios refinados para distinguir los planetas frente a los asteroides o los planetas ‘enanos’, en el caso de los exoplanetas el problema es delimitar si son planetas más masivos o estrellas con poca masa. En este sentido, se define como exoplaneta cualquier cuerpo que orbita una estrella sin generar por sí mismo energía derivada de procesos termonucleares”, explica Deeg.

¿Hay alguno parecido a la Tierra?

Para ser considerado como habitable, un planeta debería ser rocoso y tener una masa de entre una y 10 veces la de la Tierra. Se conocen ya unos cien planetas en este rango de masas, pero casi todos tienen temperaturas superficiales demasiado calientes para albergar vida. De acuerdo con Deeg, “solo unos pocos de los planetas descubiertos tienen potencial para el desarrollo de vida y éste es escaso. Ahora mismo, todavía no conocemos ningún planeta realmente similar a la Tierra”.

¿Se han encontrado exactamente 1.000 planetas?

Astrofísicos profesionales y numerosos aficionados de todo el mundo se han convertido en los últimos años en ‘cazadores’ de exoplanetas. Los descubrimientos son constantes, a razón de uno por semana de media. Existen varios listados donde se registran estos hallazgos. Son mantenidos en centros de investigación y ninguno de ellos tiene rango oficial. Estas listas presentan un número ligeramente distinto de descubrimientos debido a que los criterios para decidir qué es un exoplaneta y cuándo incluirlo en cada catálogo no son exactamente iguales (algunos esperan, por ejemplo, a que el hallazgo se publique en una revista científica para registrarlo; otros lo hacen cuando el descubrimiento es presentado en una conferencia).

The Extrasolar Planets Encyclopaedia, el catálogo más conocido y más antiguo, ha sido el primero en superar los mil exoplanetas descubiertos. No obstante, su responsable, Jean Schneider, del Observatorio de París, advierte: “No se puede fijar un número exacto de planetas conocidos, dado que existen diferentes criterios para incluirlos en estas listas. Tampoco hay certeza absoluta de que todas las entradas de estos catálogos sean realmente planetas”.

Los casos en los que la detección del planeta o su naturaleza son inciertas son catalogados en un segundo listado por la enciclopedia. En esta categoría existen en la actualidad 192 planetas.

Primeros descubrimientos

Aunque los astrónomos suponían su existencia décadas antes, no fue hasta 1992 cuando se realizó el primer descubrimiento de varios planetas de masa terrestre que orbitaban un púlsar o una estrella de neutrones, a unos 1.000 años luz de la Tierra. En 1995 se realizó la primera detección de un planeta orbitando una estrella similar a nuestro Sol: 51 Pegasi b. Los descubridores de este gigante gaseoso tipo Júpiter fueron Michel Mayor y Didier Queloz. “Hay que señalar que realmente el exoplaneta más antiguo es HD 114762 b, descubierto en 1989. Pero entonces fue considerado como una estrella de baja masa. Solo en los últimos años, con los descubrimientos de otros objetos de masa similar, el HD 114762 b ha llegado a la consideración de  planeta”, aclara Deeg.

“No obstante, fue el  descubrimiento del 51Pegasi b el que inició el rápido desarrollo de la ciencia de los planetas extrasolares”, añade.  

Métodos de detección

La mayoría de los planetas extrasolares descubiertos han sido encontrados por métodos de detección indirecta, es decir, aquellos que estudian los efectos que estos planetas causan en su entorno. La luz de las estrellas sobre las que orbitan hace que no resulte nada fácil ‘verlos’ con métodos directos. Estas técnicas son fundamentalmente cinco: la de velocidad radial, la fotométrica, la astrometría, la cronometría de púlsares y, por último, la de microlentes gravitacionales. Según afirma el investigador del IAC Roi Alonso, “las más utilizadas son la de velocidad radial, con la que se han detectado unos 530 exoplanetas, y la fotométrica, también llamada de tránsitos, con la que se han descubierto unos 380”.

El método de la velocidad radial, con el que se han realizado la mayoría de los descubrimientos hasta la fecha, mide el movimiento de una estrella debido a la influencia gravitacional de un planeta orbitándolo. El de tránsitos, por su parte, consiste en observar una estrella y detectar cambios sutiles en la intensidad de su luz cuando el planeta orbita por delante de ella.

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Figura 1. Esquema del método de velocidades radiales para detectar planetas extrasolares. La estrella traza un pequeño movimiento inducido por el planeta. Para un observador en la Tierra, este movimiento de la estrella cambia el color de su luz sutilmente hacia el rojo o el azul (efecto Doppler).

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Figura 2. Con el método de tránsitos se mide el brillo de una estrella a través del tiempo. Si se detecta una pequeña bajada en este brillo, éste puede indicar el paso de un planeta por delante de la estrella.

El IAC, pionero en la búsqueda de planetas extrasolares

El IAC ha sido pionero en la búsqueda de exoplanetas. Un año antes del descubrimiento inicial de 1995, el astrofísico del IAC Hans Deeg, junto con Laurance Doyle, del SETI Institute, inició el primer rastreo observacional para detectar tránsitos de planetas extrasolares, en el proyecto TEP (Transits of Extrasolar Planets). Aunque el proyecto no encontró ningún exoplaneta, fue fundamental para el desarrollo de técnicas de observación y de tratamiento de datos que se usarían en iniciativas posteriores.

Los investigadores del IAC, que han participado en el descubrimiento de unos 50 exoplanetas, se han especializado en el método de los tránsitos para detectar planetas fuera de nuestro sistema solar. “Éste es el método con el que se han realizado los descubrimientos más valiosos, dado que permite un mayor conocimiento de los planetas encontrados”, valora Deeg.

En agosto de 2004, Roi Alonso, entonces doctorando del IAC, descubrió uno de los primeros exoplanetas con el método de tránsitos: TrES-1. Este exoplaneta fue descubierto con el STARE, un telescopio casero de tan solo 10 centímetros de diámetro, en el Observartorio del Teide (el astrónomo Tim Brown, aficionado a la fabricación de telescopios, pulió su espejo primario en su garaje). Este ‘Júpiter caliente’ es uno de los planetas extrasolares mejor conocidos en la actualidad. Al ser de los pocos que orbitan una estrella brillante y con tránsitos, ha sido objeto de muchas observaciones posteriores desde la Tierra y el espacio. “A día de hoy, prácticamente la mitad de los exoplanetas con tránsitos confirmados han sido descubiertos con estrategias similares a la que empleamos en TrES. Los proyectos más exitosos son WASP y HAT, cada uno con cerca de 100 exoplanetas detectados”, amplía Alonso.

Instrumentos y misiones a la ‘caza’ de exoplanetas

El descubrimiento de los primeros exoplanetas pronto motivó la puesta en marcha de misiones espaciales dedicadas a su descubrimiento y estudio. El IAC participó desde 1999 en los preparativos  del primer satélite dedicado a esta tarea: CoRoT,  una misión liderada por Francia, con la participación de España, entre otros países. Desde 2007 a 2012, durante su fase operativa, CoRoT encontró una treintena de exoplanetas -cuyos  datos siguen siendo hoy  analizados- y cientos de posibles candidatos. “El IAC se encargó de realizar numerosas observaciones de seguimiento terrestres para rastrear los cientos de detecciones realizadas por el satélite como posibles candidatos a exoplanetas; la mayoría fueron ‘falsas alarmas’ y solo unos pocos se revelaron como auténticos planetas”, cuenta Deeg. El gran hito de la misión CoRoT fue el descubrimiento del primer planeta de tamaño terrestre, el CoRoT-7b en 2009, algo inalcanzable con observaciones terrestres. Además, descubrió el primer planeta gemelo a los planetas de nuestro sistema solar, el CoRoT-9b, cuyo análisis fue liderado también por investigadores del IAC.

Por su parte, la misión estadounidense Kepler ha sobrepasado ampliamente la labor de CoRoT en cuanto al número de planetas detectados, desde su lanzamiento en 2009. En la actualidad, unos 148 planetas han sido descubiertos por esta misión, además de unos 2.700 candidatos a planetas. “La verificación de la naturaleza planetaria de la gran mayoría de estos candidatos será muy difícil, por lo que existe  un gran debate sobre el porcentaje de planetas reales dentro de los actuales candidatos. Algunos de ellos podrían ser muy similares a nuestra Tierra, si finalmente se puede determinar que la mediciones tomadas por Kepler realmente vienen de un planeta”, adelanta Deeg.  

En cualquier caso, la misión Kepler ha sido la de mayor influencia dentro del campo de los exoplanetas en los últimos años. Aunque es una misión estadounidense y sus descubrimientos más impactantes [los planetas más pequeños conocidos, muchos sistemas con múltiples planetas, y extraños planetas orbitando alrededor de estrellas binarias] han sido publicados por el equipo principal de la misión, sus datos son ahora de acceso libre y hay muchos equipos en todo el mundo trabajando en la ‘reobservación’ y verificación de estas detecciones. Los astrofísicos del IAC, hasta la fecha, han participado en la verificación de la naturaleza planetaria de tres de sus candidatos.

El IAC alberga también en su Observatorio del Roque de los Muchachos, en la isla de La Palma, uno de los mejores buscadores de exoplanetas, el instrumento SuperWASP. Junto con su instrumento gemelo en África del Sur, este buscador ha descubierto unos 80 exoplanetas con tránsitos y está en el proceso de completar el primer rastreo del cielo completo en la búsqueda de planetas con tránsitos.

El Observatorio del Roque de los Muchachos cuenta asimismo con la reciente instalación del espectrógrafo HARPS-N en el Telescopio Nazionale Galileo (TNG), que constituye una copia de un instrumento similar instalado en el Observatorio Europeo Austral (ESO), en Chile, que ha conseguido el mayor éxito en el descubrimiento de planetas con el método de velocidad radial. “Con este nuevo instrumento se espera que el Observatorio del Roque de los Muchachos refuerce su liderazgo en el campo de los exoplanetas”, afirma Deeg.

Y no se puede olvidar el papel realizado en este ámbito por el Gran Telescopio CANARIAS (GTC), el mayor telescopio óptico-infrarrojo del mundo, con un espejo de 10,4 metros de diámetro. El gigante de La Palma ha servido sobre todo para analizar la atmósfera de algunos planetas de estrellas brillantes (combinando la obtención de espectros con una medida muy precisa del brillo). En la actualidad un grupo del IAC está analizando datos obtenidos con el GTC sobre un planeta descubierto con la misión Kepler que parece que se está evaporando como un cometa, para intentar establecer los elementos que constituyen esta cola de cometa.

En el futuro, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la NASA tienen previsto lanzar nuevas misiones que buscarán planetas más allá de las fronteras de nuestro sistema solar. La ESA lanzará el telescopio espacial Gaia este mismo año y la NASA pondrá en órbita el TESS en 2017. Ambas agencias lanzarán conjuntamente el telescopio espacial James Webb en 2018.  El próximo mes de febrero, la agencia europea tendrá que decidir sobre la aprobación de dos misiones: EChO, que realizaría espectrografía de las  atmósferas de los exoplanetas, y en la que está implicado el investigador del IAC Enric Pallé, y PLATO, que se dedicaría al descubrimiento de planetas terrestres con tránsitos, con la participación de Deeg. Si se aprueban en 2014, su lanzamiento estaría previsto entre 2020 y 2022.  Por otro lado, la misión suizo-europea CHEOPS, también de la ESA, que se encargará del análisis de planetas conocidos similares a la Tierra, se lanzará en 2017. El investigador del IAC Roi Alonso está implicado en su preparación.

  • Animación artística de un planeta extrasolar rocoso. Gabriel Pérez Díaz, Instituto de Astrofísica de Canarias (Servicio MultiMedia). Descargar vídeo.
  • Animación artística de un planeta extrasolar gaseoso con anillos y una luna. G. Pérez, IAC (SMM). Descargar vídeo.
  • Método de tránsitos o fotometría. Disminución del brillo de una estrella durante el tránsito de un planeta. G. Pérez, IAC (SMM). Descargar vídeo.
  • Método de velocidad radial. El sistema estrella-planeta gira respecto a su centro de masas, lo que hace que la estrella describa también una órbita. Cuando, moviéndose por su órbita,  la estrella se acerca hacia nosotros, su color se desvía hacia el azul. Y cuando se aleja de nosotros, se desvía al rojo. Es lo que se conoce como efecto Doppler o corrimiento al azul o al rojo del brillo de una estrella, debido a la atracción gravitatoria de un planeta. G. Pérez, IAC (SMM). Descargar vídeo.

Enlaces de interés

The Extrasolar Planets Encyclopaedia, el catálogo de exoplanetas más conocido en Europa.

Para acceder al listado completo de los planetas extrasolares habitables y otra información adicional al respecto consultar: The habitable exoplanets catalog

 

Para más información y entrevistas:

Hans Deeg. Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). hdeeg@iac.es Tel 922 605 244/ 619 360 054.

Roi Alonso. Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). ras@iac.es Tel. 922 605 234.

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