¿Cómo detectar un planeta orbitando alrededor de otra estrella?

Una estrella domina todo el sistema solar que la rodea, tanto en masa como en brillo, por lo que resulta tremendamente complicado observar planetas a su alrededor.

En un sistema solar cualquiera, la estrella o estrellas que ocupan su centro lo dominan absolutamente todo. En el caso particular de nuestro sistema solar, nuestra estrella acumula el 99.8% de toda la masa del mismo. Lo mismo ocurre en torno al resto de estrellas de nuestra galaxia y del universo. Esto implicará un dominio casi total sobre las órbitas del resto de objetos que orbiten alrededor de dicha estrella, sean estos planetas, asteroides o cometas. Además la estrella arrancará la atmósfera de los planetas interiores que no sean capaces de retenerla, evaporará cualquier presencia de agua líquida sobre los planetas que estén demasiado cerca, etc. Visto desde la distancia, la estrella central también eclipsará al resto de objetos con su brillo. En nuestro caso particular, el Sol resulta unos mil millones de veces más brillante que cualquier luz que puedan reflejar los planetas.

Como te estarás imaginando todo esto dificulta enormemente la detección de exoplanetas. Especialmente considerando que no sólo nos basta con detectarlos, con saber que están ahí, si no que buscamos averiguar a qué distancia orbitan a su estrella, su masa y qué tamaño tienen. Aún con todo esto, se han detectado casi 5000 exoplanetas diferentes, que van desde gigantes más grandes que Júpiter hasta Kepler 37b, un exoplaneta rocoso apenas más grande que nuestra luna. Esta hazaña ha sido posible gracias al ingenio de quienes dedican su carrera investigadora a esta labor. En las últimas décadas se han ideado diferentes técnicas que nos permiten encontrar la aguja en el pajar astronómico. Veamos las que han dado mejores resultados.

Velocidad radial y astrometría

Más arriba comentaba que la estrella tendrá un dominio casi total sobre las órbitas del resto de objetos que la orbiten. Ese casi no fue accidental ni un intento de pasarme de precavido, si no que, efectivamente, el dominio no es absoluto. Cualquier objeto que ejerza una fuerza gravitatoria sobre otro objeto diferente, recibirá una fuerza de igual magnitud pero opuesta de ese otro objeto. Es decir, el Sol atrae a los planetas, pero los planetas también atraen al Sol. Esa fuerza, que será igual en ambas direcciones, afectará en menor medida al Sol por su grandísima masa, pero lo afectará.

De hecho, la manera correcta de hablar de las órbitas planetarias no es decir que estos cuerpos orbitan alrededor de la estrella central, si no que todos ellos (planetas y estrella) orbitan alrededor del centro de masas del sistema. Solemos obviar este detalle porque el centro de masas del sistema solar está prácticamente en el centro del Sol. Sin embargo, ese supuesto movimiento del Sol, esa órbita alrededor del centro de masas, puede medirse. El Sol se mueve a unos 13 m/s debido a la atracción de Júpiter, pero solo a unos 9 cm/s debido a la atracción de la Tierra.

Esta velocidad se puede medir fácilmente aprovechando el efecto Doppler, que no es más que el cambio de frecuencia de la luz debido a la velocidad relativa entre emisor y receptor. Es decir, si la estrella (o cualquier otra fuente de luz) se aleja de la Tierra, su luz bajará de frecuencia, haciéndose más rojiza; si se acerca, ocurrirá al contrario, haciéndose más azulada. Este fue el método más eficaz durante los 90 y los 2000, permitiéndonos detectar los primeros cientos de exoplanetas. Esta técnica nos da información sobre la masa del planeta, pero no sobre su tamaño.

Además, y para las estrellas más cercanas o aquellas con planetas verdaderamente masivos a su alrededor, este bamboleo puede servirnos para medir el propio movimiento de la estrella. Midiendo con increíble precisión su posición a lo largo del tiempo, podemos ver cómo oscila con el paso de los días. Esta técnica recibe el nombre de astrometría.

Tránsito

Este método aprovecha la disminución del brillo que observamos cuando un planeta se sitúa entre nuestros telescopios y la estrella. Cuando es la Luna la que lo hace lo llamamos eclipse, consiguiendo esta bloquear todo el brillo del Sol. En el caso de exoplanetas, esta disminución es verdaderamente pequeña, pero suficiente como para que podamos medirla. Esta técnica es, a día de hoy, la más efectiva a la hora de encontrar exoplanetas, habiéndonos dado más de la mitad del total de planetas descubiertos. Por supuesto esta técnica tiene el inconveniente de que sólo podremos detectar planetas cuyo plano orbital apunte más o menos hacia la Tierra. Además, esta técnica nos permite obtener información sobre el tamaño de un objeto, aunque no sobre su masa.

Observación directa

Esta técnica es la más intuitiva de entender, aunque una de las más complejas a nivel práctico. Consiste en la observación directa de los planetas. El problema de detectar exoplanetas directamente, detectando la luz que reflejan de su estrella no es su bajo brillo per se, si no su bajo brillo en comparación con la estrella que orbitan. Para reducir el brillo de la estrella se utilizan coronógrafos, que bloquean la luz de la estrella, permitiéndonos detectar cualquier objeto menos brillante a su alrededor.

Esta técnica funciona mejor con planetas grandes y relativamente separados de su estrella. Si están demasiado cerca será difícil distinguirlos de la propia estrella, pero si están demasiado lejos no reflejarán suficiente luz para ser detectados. La observación directa de exoplanetas no ha producido muchos resultados, aunque durante la última década se han producido grandes avances que parecen prometer un buen futuro para ella.

Estas son solo algunas de las formas que tenemos de identificar planetas orbitando alrededor de estrellas lejanas. Otras técnicas, como las que aprovechan las perturbaciones en las técnicas de tránsito o astrometría producidas por la presencia de más de un planeta, o las microlentes gravitatorias que aprovechan la alineación temporal de dos estrellas lejanas. Suceso que a pesar de ser muy improbable, ha resultado en la detección de varias decenas de exoplanetas.

A día de hoy se están planeando alguna misiones espaciales cuyo objetivo principal será detectar nuevos planetas alrededor de estrellas de nuestra galaxia y, sobre todo, aumentar nuestro conocimiento sobre los planetas ya descubiertos. De esto se encargará, en parte, el telescopio James Webb, que estudiará la atmósfera de exoplanetas conocidos. Su estudio aprovechará la luz reflejada o transmitida por la atmósfera de diferentes planetas extrasolares para estudiar su composición química y sus características físicas. Sin duda nos esperan unas décadas emocionantes.

José Luis Oltra de perfil

José Luis Oltra (Cuarentaydos)

Soy físico de formación y viajero de vocación. Divulgo ciencia allí donde me lo permiten, aunque principalmente en youtube y tiktok bajo el nombre de Cuarentaydos. Por aquí me verás hablando de la física del universo, desde las galaxias y estrellas más grandes hasta las partículas subatómicas que las componen.

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