Los cazadores de planetas errantes

Esta ilustración muestra uno de los planetas que vagan libremente por la Vía Láctea, sin estar ligados a una estrella madre. Crédito: Nasa

En la Vía Láctea existen mundos que no orbitan en torno a alguna estrella madre y vagan por la galaxia. Son cuerpos espaciales enigmáticos tanto en su origen como en sus características, por lo que científicos los rastrean usando dos telescopios instalados en el norte de Chile. En el futuro, esta búsqueda sumará la ayuda de un nuevo observatorio espacial de la NASA.




Él viste de smoking y ella luce un vestido de noche, además de cascos similares a los que usan los astronautas. Ambos sonríen, mientras a sus espaldas se ven varias estaciones espaciales alrededor de un planeta de color oscuro. La escena que tiene a esta pareja como protagonista corresponde a un futurista póster turístico, el cual también invita a los viajeros con dos frases: “Visite el planeta sin estrella” y “PSO J318.5-22: Donde la vida nocturna nunca termina”. La ilustración forma parte de una serie de carteles diseñados por la NASA y que imaginan diversos viajes a los lugares más exóticos del cosmos. Uno de ellos es PSO J318.5-22, un mundo muy distinto a la Tierra, Marte y a muchos otros: se trata de un planeta errante que no orbita en torno a una estrella y flota por la galaxia como un nómada sombrío y sin rumbo.

Este extraño planeta fue identificado en 2013 gracias al uso del telescopio Pan-STARSS PS1 instalado en Hawái y, según los análisis, está a unos 80 años luz de la Tierra y tiene 12 millones de años de antigüedad. De los más de cuatro mil planetas que los investigadores han encontrado más allá de los confines del vecindario terrestre, sólo unos doce son mundos que vagan en el vasto espacio entre el sistema solar terrestre y el centro de la Vía Láctea. La mayoría son enormes gigantes gaseosos, pero hace unas semanas un equipo internacional de científicos anunció un nuevo hito gracias al hallazgo de OGLE-2016-BLG-1928, el mundo errante más pequeño descubierto hasta ahora y dueño de una masa a medio camino entre la de la Tierra y Marte.

El cuerpo espacial fue localizado gracias al trabajo conjunto de instrumentos relativamente desconocidos que operan en el norte de Chile y que se han convertido en protagonistas de la cacería de planetas errantes. Se trata del telescopio polaco de la Universidad de Varsovia que funciona en el sector de Las Campanas, región de Atacama, y el Observatorio Interamericano del Cerro Tololo (CTIO), instalado en la Región de Coquimbo y que integra la red coreana de observación KMTNet. Przemek Mroz, astrónomo del Instituto de Tecnología de California (Caltech) y líder del reciente hallazgo publicado en Astrophysical Journal Letters, cuenta a Tendencias de La Tercera que el telescopio polaco fue ensamblado en 1996 y es operado manualmente. Si bien el Covid-19 obligó a suspender las observaciones en marzo, Mroz dice que el instrumento –que integra el proyecto astronómico OGLE- ha probado ser uno de los mejores del mundo para este rastreo interestelar: “El espejo del telescopio tiene un diámetro de 1,3 metros, lo cual es relativamente pequeño. Sin embargo, tiene un enorme campo de visión de 1,4 grados cuadrados, que es casi siete veces más grande que el tamaño de la Luna. Eso nos permite observar casi siete millones de estrellas en una foto captada en las regiones más densas del centro galáctico”.

El origen de estos mundos nómadas está ligado a la formación de los sistemas planetarios, por lo que su estudio podría revelar nuevas pistas sobre este proceso. Según los científicos, usualmente estos cuerpos espaciales son expulsados de sus sistemas solares durante la formación de estos mismos: a medida que los planetas toman forma alrededor de una nueva estrella, entran en un tira y afloja gravitacional en el que algunos pueden terminar siendo simplemente eyectados. Además, dado que las estrellas no nacen solas, sino que en grupos de cientos o miles, cualquier astro en tránsito puede quitarle un planeta a su vecino o lanzarlo al espacio interestelar.

El telescopio polaco de la Universidad Varsovia, en el norte de Chile, ha sido clave en el rastreo de mundos errantes. Crédito: Krzysztof Ulaczyk.

Jennifer Yee, investigadora del Centro de Astrofísica de la Universidad de Harvard y el Instituto Smithsoniano, es coautora del reciente informe sobre OGLE-2016-BLG-1928. La científica señala a Tendencias que en el caso de los planetas rocosos errantes -que sólo tienen unas cuantas veces la masa de la Tierra- es probable “que hayan sido eyectados desde un sistema planetario durante su formación. Por lo tanto, determinar su número en la galaxia podría decirnos cuanto material se expulsa durante ese proceso. Eso, a su vez, nos da información sobre cuán ‘violento’ o activo era ese sistema. Esto también afecta nuestra interpretación sobre los planetas que sí permanecen en un sistema”. La investigadora agrega que también existe otra teoría sobre el nacimiento de estos mundos: “Los planetas errantes con una masa como la de Júpiter quizás no sean planetas propiamente tales. Quizás se formaron directamente a partir de nubes de gas, de la misma manera en que lo hacen las estrellas. En ese caso, el número de tales objetos podría mostrarnos algo sobre el proceso de formación estelar a escalas cada vez más pequeñas”.

Przemek Mroz comenta que el sistema solar no es la excepción a este tipo de dinámicas, ya que existen evidencias de que un planeta gigante de hielo fue expulsado en el pasado lejano del vecindario terrestre, como resultado de las interacciones con Júpiter. El análisis de estos enigmáticos mundos errantes, señala el astrónomo, también podría entregar indicios sobre el futuro del sistema solar: “Estos planetas también pueden generarse durante las últimas etapas de la evolución de un sistema planetario. Hoy nuestro sol es una estrella de secuencia principal, es decir quema hidrógeno en su centro, pero en unos cuantos miles de millones de años se volverá una estrella roja gigante. Esos astros tienen fuertes vientos estelares que pueden llevarse la mitad de su masa”. Ese proceso, indica el científico, hace que la atracción gravitacional de la estrella se vuelva cada vez más débil y, como consecuencia, “las órbitas de los planetas más externos pueden volverse más inestables y así pueden llegar a alejarse. Esto probablemente le ocurrirá a Urano y Neptuno”.

Una cacería minuciosa

Los científicos confiesan que detectar planetas errantes es una tarea sumamente compleja, ya que no pueden usar los mismos métodos que emplean para localizar planetas lejanos comunes, los cuales suelen revelar su presencia bloqueando brevemente la luz de su estrella madre a medida que orbitan en torno a ella. Al vagar libremente y ser prácticamente invisibles, los mundos nómadas son tan elusivos como un agujero negro. Por eso, los científicos usan una técnica llamada lente gravitacional que la misma NASA detalló en un artículo sobre “nómadas galácticos”.

“Se trata de un efecto que ocurre cuando la presencia de masa deforma el espacio-tiempo. El efecto es extremo alrededor de objetos muy masivos, como agujeros negros y galaxias completas. Incluso los planetas solitarios pueden causar un grado detectable de distorsión, conocido como microlente”, describe la agencia espacial en su sitio web. Si un mundo errante se alinea con alguna estrella más distante desde el punto de vista terrestre, la “luz del astro se curva a medida que viaja a través del espacio-tiempo alrededor del planeta. El resultado es que el planeta actúa como un lente magnificador natural, amplificando la luz de la estrella de fondo”. Los astrónomos observan el efecto como un aumento en el brillo del astro y al medir ese fenómeno en el tiempo se revelan pistas sobre la masa del objeto que lo causa: una duración de días indica la presencia de otra estrella cercana, un día implica un objeto de las dimensiones de Júpiter y unas horas sugiere un cuerpo similar a la Tierra. El evento generado por OGLE-2016-BLG-1928 se extendió por sólo 45 minutos.

La parte compleja es determinar si efectivamente uno de estos planetas es errante, ya que la luz que distorsionan no puede provenir de una estrella madre. Por eso, los astrónomos a menudo deben esperar años antes de confirmar sus hallazgos. “La probabilidad de un evento de microlente es extremadamente baja porque los tres objetos –la fuente, el ‘lente’ y el observador– deben estar perfectamente alineados. Si observáramos sólo una estrella, necesitaríamos esperar, en promedio, un millón de años para ver a ese astro protagonizar uno de estos episodios. Por eso es que los experimentos en este campo se hacen observando cientos de millones de estrellas en el centro galáctico, donde existe la mayor densidad de estrellas y la probabilidad de registro de este fenómeno es la más alta”, indica Mroz.

Przemek Mroz es uno de los expertos en la búsqueda de planetas errantes. Crédito: Uniwersytet Warszawski/Mirosław Kaźmierczak

Si bien los investigadores pueden inferir algunos parámetros como la masa de algunos de estos extraños mundos –los que son similares a la Tierra o Marte probablemente sean rocosos y los de tamaño semejante a Neptuno quizás sean cuerpos congelados–, aún hay muchos misterios que persisten. “Parecen moverse al mismo ritmo que algunas otras estrellas de la galaxia. La idea de que deben estar congelados es una presunción, una muy buena, pero aún no hemos hecho mediciones. Es posible que algunos arrastren consigo a sus lunas, aunque no hemos observado ninguno con satélites naturales”, indica Jennifer Yee.

Otro gran misterio es qué ocurre con estos planetas a medida que vagan por la galaxia. ¿Podrían hallar un nuevo hogar fijo en torno a una estrella adoptiva?, ¿podría uno de estos mundos realizar una visita sorpresiva a las inmediaciones de la Tierra? Los científicos ven como poco probable el primer escenario y ponen como ejemplo lo sucedido con el asteroide interestelar Oumuamua, detectado en 2017 y que simplemente cruzó por el sistema solar y siguió su camino. En cuanto a la segunda pregunta, la respuesta podría depender de cuántos de estos mundos existen realmente en la Vía Láctea: “Los planetas errantes que hemos descubierto vía la técnica de microlente se encuentran usualmente a cientos o miles de años luz. No sabemos realmente cuántos existan, pero es algo que intentamos descifrar. La posibilidad de que alguno de estos mundos se acerque al sistema solar es muy remota. Y aunque lo hicieran, el sistema solar es un lugar muy vacío y es improbable que se genere algún efecto”, señala Yee.

La misión Roman

Desentrañar con mayor exactitud el número de planetas errantes existentes –cifra teórica que hoy ronda las decenas de miles de millones– será el objetivo de un nuevo y sofisticado instrumento: el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman, bautizado en honor a la primera jefa de astronomía de la NASA, y que iniciará sus operaciones a mediados de la presente década. El observatorio -que operará libre de la intervención atmosférica que afecta a los observatorios en superficie– podrá registrar el equivalente de 100 imágenes de alta resolución como las del actual Telescopio Espacial Hubble en una única toma, abarcando enormes áreas del cielo a un ritmo mil veces más veloz que el de su predecesor. Su mirada apuntará al centro de la Vía Láctea, una zona atestada de estrellas: un reciente estudio de la Universidad Estatal de Ohio calculó que el nuevo instrumento revolucionará el análisis de mundos nómadas.

Modelo digital del Telescopio Nancy Grace Roman. Crédito: Nasa

“En nuestro reporte, establecimos que Roman podrá captar eventos de microlente de planetas errantes con masas tan bajas como la de Marte. Además, predecimos que el telescopio será capaz de descubrir cerca de 250 planetas nómadas. Esa cantidad sería suficiente para establecer una muestra estadística y caracterizar la población más grande de estos mundos en nuestra galaxia. Hoy es difícil imaginar un mejor telescopio para hacer esto que Roman”, comenta a Tendencias el estudiante de astronomía Sam Johnson, líder del reporte publicado en Astronomical Journal.

El investigador, quien suele imaginarse a sí mismo en uno de estos mundos errantes, rodeado por oscuridad y con el resto de la Vía Láctea frente a él, agrega que si se hallan más de estos mundos y se logra estimar su masa se “podría obtener un mejor retrato sobre la formación de estrellas y planetas. Si hallamos un gran número de planetas errantes con una masa como la de la Tierra, eso podría mostrarnos que la formación de planetas es un proceso caótico y lleva a la eyección de algunos de estos mundos desde sus sistemas de nacimiento”. Jennifer Yee concuerda: “El santo grial es hallar suficientes de estos planetas para medir su población: ¿Cuántos son? ¿Cuán grandes llegan a ser?”.

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