25 aniversario del descubrimiento de la primera enana marrón

Imagen de la enana marrón Teide 1 (Crédito: Gran Telescopio Canarias) localizada en el Cúmulo Abierto de las Pléyades (Crédito: Daniel López /Alfred Rosenberg, IAC)
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Hace ahora 25 años, los astrofísicos Rafael Rebolo López, María Rosa Zapatero-Osorio y Eduardo Martín Guerrero de Escalante anunciaron el hallazgo de la primera enana marrón confirmada, Teide 1. Situada en el cúmulo estelar de las Pléyades, su nombre rinde homenaje al Observatorio del Teide, desde donde fue observada por primera vez con el telescopio español IAC-80. Se trata de uno de los hitos científicos con mayor repercusión internacional de los conseguidos por el Instituto de Astrofísica de Canarias.

El 14 de septiembre de 1995 la revista Nature anunció un descubrimiento extraordinario que difuminó para siempre la frontera entre lo que son las estrellas y lo que son los planetas. Un grupo de investigadores españoles confirmaba la detección de la primera enana marrón, Teide 1, en el cúmulo de las Pléyades, a aproximadamente 400 años luz de la Tierra. Gracias a este hallazgo, las enanas marrones dejaron de ser meras hipótesis y se convirtieron en una pieza fundamental para comprender algunos de los procesos que intervienen en la evolución estelar y la formación planetaria.

Las enanas marrones son cuerpos subestelares que no son lo suficientemente masivos como para que en su interior se fusione el hidrógeno, que es la fuente de energía de las estrellas como el Sol. Sin embargo, sí emiten su propia luz, aunque muy débil, algo que no hacen los planetas gigantes gaseosos. Además, su baja luminosidad y energía hacen que sean muy difíciles de localizar. Por ello, si bien los primeros modelos teóricos sobre estos objetos fueron desarrollados en los años 60, los científicos tardaron más de tres décadas en encontrarlos.

Un hallazgo histórico

Teide 1 fue descubierto en el curso de un programa de búsqueda de planetas gigantes iniciado en 1994 por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). La publicación del hallazgo tuvo lugar pocas semanas antes del anuncio del descubrimiento del primer planeta extrasolar, 51 Pegasi b, por Michel Mayor y Didier Queloz, ambos premio nobel de Física en 2019. Los astrofísicos Rafael Rebolo López, María Rosa Zapatero Osorio y Eduardo Martín Guerrero de Escalante, investigadores del IAC por entonces, emplearon en su detección técnicas de imagen directa con el telescopio español IAC-80 en el Observatorio del Teide (OT), en Tenerife, y espectrometría con el telescopio William Herschel (WHT) en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en La Palma.

Posteriormente se trasladaron al Observatorio de Mauna Kea (MKO), en Hawái, para llevar a cabo la prueba de detección de litio con el telescopio Keck, una técnica propuesta años antes por el mismo equipo, liderado por Rafael Rebolo (en colaboración con el astrofísico Antonio Magazzù). El litio es un elemento químico ligero que se destruye con facilidad en el interior de las estrellas. Su presencia en la atmósfera de un cuerpo cósmico implica que éste no tiene la masa suficiente como para alcanzar la temperatura ni la presión necesaria para desencadenar su fusión y, por tanto, se trata de un objeto subestelar. Las observaciones realizadas por los investigadores del IAC no solo confirmaron que Teide 1 es una enana marrón, sino que confirmaron la eficacia de la prueba del litio, que sigue siendo el principal método de identificación de este tipo de objetos celestes.

Rebolo, Zapatero y Martín
(De izquierda a derecha) Rafael Rebolo, María Rosa Zapatero-Osorio y Eduardo Martín

Para Rafael Rebolo López, actual director del IAC, este descubrimiento no solo le ayudó obtener el puesto de Profesor de Investigación en el CSIC en 1998, así como algunos premios y reconocimientos, sino que “a nivel personal, me sirvió para creer más en nuestro potencial como investigadores y que es posible competir frente a grupos que tienen medios muy importantes”. El investigador subraya que, aunque en aquel momento había varios centros destacados, como Harvard, Caltech y la Universidad de California, buscando enanas marrones desde hacía décadas, “fuimos tres jóvenes investigadores españoles trabajando en el IAC los que conseguimos establecer su existencia y ser pioneros en establecer algunas de sus propiedades fundamentales”. Y añade: “Quizás en parte por aquel descubrimiento, sigo pensando que, con los pies en el suelo, podemos mirar alto y debemos tener objetivos ambiciosos en nuestra investigación, aunque la realidad una y otra vez se empeñe en ponerlo difícil”.

Por su parte, María Rosa Zapatero-Osorio, profesora del CSIC e investigadora en el Centro de Astrobiología (CAB-CSIC-INTA), destaca la gran trascendencia del hallazgo para la investigación astrofísica: “Se abrió una línea de investigación, la física subestelar observacional, y se establecieron las bases para identificar enanas marrones en el visible e infrarrojo cercano; esto significó un gran avance en Astrofísica y ha permitido a día de hoy conocer centenares de enanas marrones en la vecindad solar”. Recuerda también la gran satisfacción personal que sintió cuando fue consciente del descubrimiento: “Buscar objetos no conocidos que eludían toda detección durante las décadas anteriores, encontrarlos y caracterizarlos fue un reto que superamos con éxito”.

En el caso del profesor del CSIC e investigador del IAC Eduardo Martín Guerrero de Escalante, el hallazgo también marcó un antes y un después en su vida. No solo considera que “fue una gran experiencia personal”, también destaca, sobre todo, cómo aquel acontecimiento se convirtió en un trampolín profesional: “En esa época era astrónomo de soporte, el descubrimiento me ayudó a ir a la Universidad de California en Berkeley como investigador postdoctoral para trabajar en la ciencia de las enanas marrones”.

Tantas como estrellas

Teide 1 tiene un radio muy similar al de Júpiter, pero 55 veces su masa, y su temperatura es la mitad de la del Sol, de aproximadamente 2.600K. Aunque las observaciones demostraron que no ha destruido litio, es posible que en el futuro llegue a fusionar este elemento en su núcleo. Con una edad de unos 110 millones de años, se trata de un objeto muy joven si lo comparamos con la edad del Sol (4.500 millones de años). Durante algún tiempo, el Teide 1 fue el objeto más pequeño fuera del Sistema Solar identificado por imagen directa.

Desde entonces, se han descubierto más de 1.800 enanas marrones. De hecho, son mucho más frecuentes de lo que se esperaba. “Sabemos que hay decenas de miles de millones en nuestra galaxia, casi tantas como estrellas, algo que nos atrevimos a apuntar incluso en el artículo del descubrimiento en Nature”, aclara Rebolo. Para el astrofísico, otro dato importante, desconocido hace 25 años, es que “son mucho más frecuentes flotando libremente en el espacio que orbitando alrededor de estrellas” y destaca el alto grado de conocimientos adquiridos: “Hoy sabemos cómo de abundantes son en cada rango de masas y conocemos ejemplares en casi todo el rango de temperaturas superficiales que la teoría les asigna, algunas tienen temperaturas superficiales incluso inferiores al promedio de la temperatura de la superficie terrestre”.

Por su parte, Zapatero-Osorio subraya otros descubrimientos importantes, algunos inesperados: “Muy curiosamente, también hay enanas marrones en órbitas muy cercanas a sus estrellas; cómo han llegado allí se desconoce”. Y aclara la que fue una de las motivaciones más importantes para la búsqueda de enanas marrones en sus inicios: la posibilidad de que estas formaran parte de la enigmática materia oscura. “Aunque se había especulado que las enanas marrones podrían explicar parte de la materia oscura, ya fue evidente en 1995 que su número, aunque muy alto, no era suficiente para dar cuenta de la materia oscura; son, en definitiva, objetos de masa pequeña”, asevera la investigadora. Entre otros avances destacados, Martín añade la evidencia de que “algunas enanas marrones están o han estado muy cerca del Sistema Solar, y que tienen una gran diversidad de propiedades que solapan con las de los planetas gigantes”. Y señala especialmente que “pueden presentarse en sistemas binarios o triples e, incluso, albergar planetas”.

Un futuro prometedor

Tras más de un cuarto de siglo de estudio y de miles de enanas marrones descubiertas, sigue siendo un campo prometedor para la Astrofísica. Rebolo señala varios de los próximos retos: “Un desafío, de los muchos que se me ocurren, es la detección y caracterización de las enanas marrones primigenias, las primeras formadas en la galaxia, ya que cuando se encuentren nos darán información privilegiada sobre los comienzos de la Vía Láctea”, explica el astrofísico. “El otro reto tiene que ver con las enanas marrones de temperaturas superficiales muy bajas, ya que algunos pensamos que son las más numerosas en la Galaxia y, aunque todavía se conozcan pocas, porque son extraordinariamente débiles, son un puente valioso hacia la caracterización de planetas terrestres en otras estrellas”, añade.

De igual manera, se expresa Zapatero-Osorio en relación a lo mucho que aún queda por hacer en el estudio de las enanas marrones: “Se ha progresado mucho en estos 25 años, pero todavía quedan cuestiones fundamentales abiertas: formación y evolución, propiedades físico-químicas de las atmósferas e interiores, presencia de planetas y lunas alrededor de las enanas marrones, y multiplicidad son algunas de esas cuestiones”, detalla la investigadora.

Para Martín una de las ventajas del estudio de las enanas marones es que “representan la población menos masiva que resulta de los procesos de formación estelar a lo largo de la vida de la Galaxia y, por lo tanto, permiten estudiar los procesos químicos y físicos en función de la masa”. También indica que “sus propiedades se asemejan a la de los planetas, constituyendo una pieza fundamental para entenderlos”. Pero, sobre todo, subraya su potencial para albergar planetas que podrían estar situados en “zona de habitabilidad”, es decir, la región en la que, de encontrarse un planeta rocoso, éste podría tener agua en estado líquido sobre su superficie. “Recientemente se ha propuesto que algunas enanas marrones pueden tener regiones atmosféricas habitables”.


Referencia:

Rebolo, R., Zapatero-Osorio, M.R., y Martín, E.L., “Discovery of a brown dwarf in the Pleiades star cluster”, en Nature, Vol. 377, Págs. 129-131, 14 de septiembre de 1995.

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IAC80
IAC80
IAC80 Telescope
Telescopio
Ø 82.00 cm