Es una noche desafiante para la astronomía en el Observatorio Lick cerca de San José, California. Las luces de Silicon Valley brillan debajo de la cumbre de 4.200 pies del monte Hamilton, lavando las estrellas más tenues. Las nubes se acercan desde el norte con una amenaza de lluvia. En la cima de la montaña hay diez cúpulas telescópicas, y camino por un camino empinado hasta el más grande. Hay un sonido extraño, como un obturador suelto que gime en el viento. Es el domo en sí, crujiendo a medida que gira para mantener su abertura centrada sobre el telescopio que se mueve lentamente dentro.
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Chris McCarthy, astrónomo de la Universidad Estatal de San Francisco (SFSU), me saluda en una puerta lateral. Llevando una pequeña luz atada a su cabeza, me conduce por las escaleras de metal a través del interior de la cúpula, se mantiene oscuro como una oscuridad para las observaciones nocturnas y hacia la cálida sala de control. Allí, Howard Isaacson, un estudiante de último año de la SFSU, y Keith Baker, un técnico de telescopios, se sientan frente a las pantallas de las computadoras en medio de gruesos haces de cables y bastidores de electrónicos anticuados. McCarthy e Isaacson conversan y beben té caliente mientras Baker usa el mouse de su computadora para ajustar el telescopio. Antes del amanecer, los astrónomos recogerán la luz de docenas de estrellas. Esperan que algunas de las estrellas alberguen nuevos mundos.
En una era de exploradores explorando Marte y telescopios espaciales que toman imágenes deslumbrantes del cosmos desde arriba de la oscuridad de la atmósfera de la Tierra, la rutina en Lick, que apunta un telescopio de 47 años a una estrella tras otra durante horas, se siente bastante pintoresco. Sin embargo, estos astrónomos son miembros de un equipo que es el mejor en el negocio de la caza de planetas. Utilizando telescopios en Hawái, Chile y Australia, así como los del Observatorio Lick, para monitorear unas 2, 000 estrellas, la mayoría de ellas silenciosas y de mediana edad como nuestro sol y lo suficientemente cerca de la Tierra para que los telescopios grandes tengan una visión clara de su movimientos: el equipo ha encontrado alrededor de dos tercios de los aproximadamente 200 planetas descubiertos fuera de nuestro sistema solar hasta ahora. (El reciente alboroto sobre cómo definir un planeta en nuestro sistema solar no ha amenazado el estado planetario de estos objetos distantes).
Algunos de los planetas extrasolares recién descubiertos, o exoplanetas, como se les llama, son mundos gigantes del tamaño de Júpiter que rodean sus estrellas en órbitas estrechas y asadas, mucho más cerca de la órbita de Mercurio alrededor del sol. Otros se precipitan cerca de sus estrellas y luego se balancean lejos en caminos en forma de huevo, dispersando cuerpos más pequeños a medida que avanzan. Algunos planetas recién nacidos arrojan sus planetas hermanos a una perdición ardiente o hacia las profundidades del espacio.
En ningún lado se ve, al menos no todavía, un sistema solar como el nuestro, con planetas sólidos cerca del sol y planetas gigantes gaseosos en procesiones ordenadas más lejos. Tal sistema es el lugar más probable para que un planeta rocoso como la Tierra sobreviva en una órbita estable durante miles de millones de años. Quizás sea parroquial, pero los astrónomos que buscan signos de vida en otras partes del cosmos, una búsqueda que anima la búsqueda de exoplanetas, están buscando planetas y sistemas solares como el nuestro, con un planeta que no está ni muy lejos ni muy cerca de una estrella., y tal vez con agua en su superficie. El equipo de California dice que encontrar planetas similares a la Tierra es solo cuestión de tiempo.
El estudio de los exoplanetas sigue siendo muy nuevo, después de todo. Hace más de una década, los astrónomos pensaron que sería imposible verlos contra el resplandor brillante de sus estrellas. Así que algunos astrónomos trataron de encontrar exoplanetas buscando estrellas que parecían tambalearse, arrastradas por la gravedad de cuerpos invisibles que orbitaban a su alrededor. Pero la mayoría de los expertos dudaban que el enfoque funcionara. "La gente pensaba que buscar planetas no valía nada", dice McCarthy. "Fue un paso por encima de la búsqueda de inteligencia extraterrestre, y ese fue un paso por encima de ser secuestrado por extraterrestres. Ahora, es uno de los mayores avances científicos del siglo XX".
El primer exoplaneta, descubierto en 1995 por Michel Mayor y Didier Queloz de la Universidad de Ginebra, en Suiza, era un objeto gigante de la mitad del tamaño de Júpiter, girando alrededor de una estrella similar a nuestro sol en una órbita frenética cada cuatro días. La estrella, en la constelación de Pegaso, está a unos 50 años luz de distancia. Más "Júpiter calientes", o planetas gaseosos gigantes que orbitan cerca de las estrellas, emergieron rápidamente, aunque solo sea porque esos grandes cuerpos imponen las oscilaciones más pronunciadas sobre sus estrellas madre.
Aunque los astrónomos no han observado esos planetas directamente, infieren que son gaseosos por su gran tamaño y lo que se sabe sobre la formación de planetas. Un planeta se une de los escombros en los grandes discos de polvo y gas que rodean las estrellas. Si alcanza un cierto tamaño, de 10 a 15 veces el tamaño de la Tierra, ejerce tal atracción gravitacional y absorbe tanto gas que se convierte en un gigante gaseoso.
A medida que las técnicas de medición mejoraron, los astrónomos discernieron planetas gradualmente más pequeños, primero del tamaño de Saturno, luego hasta Neptuno y Urano. Después de algunos años de detectar exoplanetas, los científicos vieron una tendencia prometedora: a medida que los tamaños que podían detectar se hacían más pequeños, había cada vez más. El proceso que construye planetas parece favorecer a los pequeños, no a los titanes.
En el último año y medio, el equipo de California y un grupo liderado por investigadores en París descubrieron los exoplanetas más pequeños que se han visto alrededor de estrellas parecidas al sol: los dos planetas tenían entre cinco y ocho veces la masa de la Tierra. Los astrónomos dicen que tales mundos pueden consistir principalmente en metal y roca, tal vez con atmósferas espesas. El exoplaneta encontrado por el astrónomo Geoff Marcy de la Universidad de California en Berkeley y sus colegas está cerca de su estrella y probablemente demasiado caliente para que exista líquido en su superficie. El otro planeta orbita lejos de una débil estrella y puede ser tan frío como Plutón. Aún así, aprender que no todos los exoplanetas son bolas gigantes de gas fue un hito para el campo. "Estos son los primeros mundos plausiblemente rocosos", dice Marcy. "Por primera vez, estamos comenzando a descubrir a nuestros parientes planetarios entre las estrellas".
La característica más sorprendente de los exoplanetas hasta ahora, Marcy dice que un día en su oficina en el campus de Berkeley, son sus órbitas inusuales. En el diagrama clásico de "vista aérea" de nuestro sistema solar, los planetas (excepto el extraño Plutón, recientemente degradado a un planeta enano) trazan ingeniosos círculos concéntricos alrededor del sol. Marcy busca detrás de su escritorio ordenado y saca un planetario, un modelo mecánico de nuestro sistema solar. Las bolas de metal en los extremos de los brazos delgados giran alrededor del sol. "Todos esperábamos ver estas órbitas circulares con ranura de fonógrafo", dice Marcy. "Eso es lo que dicen los libros de texto sobre los sistemas planetarios. Entonces, cuando comenzamos a ver órbitas excéntricas en 1996, la gente decía que no podían ser planetas. Pero resultaron ser un presagio de lo que vendrá".
Justo después de la medianoche en el Observatorio Lick, los astrónomos están haciendo un buen progreso en la lista de verificación de 40 estrellas de la noche. Sus objetivos generalmente no son las principales estrellas de las constelaciones, pero, aun así, muchos son lo suficientemente brillantes como para ver a simple vista. "Cuando salgo con mis amigos, puedo señalar un par de estrellas que sabemos que tienen planetas", dice Howard Isaacson. Una estrella particularmente brillante en la constelación de Andrómeda tiene tres.
McCarthy ofrece revelar el secreto del éxito del equipo en espiar exoplanetas. Entramos en la oscura cúpula y pasamos bajo el telescopio, con su espejo de tres metros de ancho que recoge y enfoca los tenues rayos de luz de estrellas distantes. Había visto el enorme telescopio durante los recorridos diurnos, pero por la noche parece mucho más vital, sus gruesos puntales de metal en ángulo como las patas de una alta mantis religiosa que mira hacia el cielo. McCarthy me lleva a una habitación estrecha debajo del piso de la cúpula, donde la luz de las estrellas concentrada por el espejo del telescopio fluye hacia un cilindro más pequeño que una lata de refresco. Está envuelto en espuma azul, con vidrio en ambos extremos. Parece vacío por dentro, pero me dijeron que está lleno de gas yodo calentado a 122 grados Fahrenheit.
Esta célula de yodo fue desarrollada por Marcy y su antiguo alumno Paul Butler, ahora astrónomo de la Carnegie Institution en Washington, DC. Cuando la luz de una estrella atraviesa el gas caliente, las moléculas de yodo absorben ciertas longitudes de onda de la luz. La luz restante se extiende en un arco iris por un instrumento que actúa como un prisma. Debido a que el yodo ha sustraído bits de luz, las líneas oscuras están dispersas en todo el espectro como un largo código de barras de supermercado. Cada estrella lleva su propia firma de longitudes de onda de luz que han sido absorbidas por la atmósfera de la estrella. Estas longitudes de onda cambian ligeramente cuando una estrella se mueve hacia o lejos de nosotros. Los astrónomos comparan la firma propia de la estrella de líneas oscuras con las líneas estables de yodo de una noche a la siguiente, y de mes a mes y año a año. Debido a que hay tantas líneas finas, es posible detectar incluso cambios de minutos. "Es como sostener la estrella contra una hoja de papel cuadriculado", dice McCarthy. "Las líneas de yodo nunca se mueven. Entonces, si la estrella se mueve, usamos las líneas de yodo como una regla contra la cual medir ese movimiento".
Para algo tan grande como una estrella, las únicas cosas que pueden causar un cambio regular y repetitivo son los tirones gravitacionales de otra estrella, que los astrónomos pudieron detectar fácilmente debido a la propia firma de luz de una estrella compañera y su gran masa, o un planeta oculto en órbita alrededor. La célula de yodo puede rastrear una estrella que se mueve tan lentamente como varios pies por segundo (velocidad de caminata humana) a través del vasto vacío de billones de millas de espacio. Esta sensibilidad es la razón por la cual muchos equipos de caza de planetas usan la célula de yodo.
Miro dentro y veo un papel arrugado y cables de calefacción que se deslizan a través de la espuma azul. Las tiras de cinta adhesiva parecen sostener partes de ella juntas. Después de regresar a la sala de control, McCarthy se ríe y señala el eslogan de la sudadera de Keith Baker: "Cuando las cosas se ponen difíciles, los duros usan cinta adhesiva".
Cuantas más órbitas de forma extraña y espaciadas de forma extraña encuentren los astrónomos, más se darán cuenta de que el proceso natural de formación de planetas invita al caos y al desorden. "Quedó claro que nuestro sistema solar, con su hermosa dinámica y arquitectura, era mucho más estable que los de otras estrellas", dice el astrofísico teórico Greg Laughlin de la Universidad de California en Santa Cruz, que colabora con el equipo de Marcy y Butler. Tratar de descubrir cómo los nuevos planetas adquirieron sus caminos extraños ha sido una tarea desalentadora. Laughlin diseña modelos informáticos de órbitas de exoplanetas para intentar recrear las historias de los planetas y predecir sus destinos. Se centra en el papel de la gravedad en causar estragos. Por ejemplo, cuando un gran planeta se mueve en una órbita excéntrica, su gravedad puede actuar como una honda y arrojar mundos cercanos más pequeños. "En algunos de estos sistemas", dice Laughlin, "si inserta un planeta similar a la Tierra en una órbita habitable, literalmente puede expulsarse en cuestión de semanas".
Las interacciones entre planetas pueden ser comunes en el cosmos, dicen Laughlin y sus colegas. Se sabe que casi 20 estrellas tienen más de un planeta orbitando a su alrededor, y algunos de estos exoplanetas hermanos están encerrados en una danza llamada "resonancia". Por ejemplo, un planeta que rodea una estrella llamada Gliese 876 tarda 30 días en orbitar, mientras que otro planeta tarda casi exactamente el doble de tiempo. Los cálculos de Laughlin muestran que su atracción gravitacional mutua preserva una disposición estable, en forma de reloj, entre los dos planetas.
Las resonancias son fuertes indicios de que los planetas migraron lejos de sus lugares de nacimiento. El disco de polvo y gas que genera planetas embrionarios tiene su propia gravedad. El disco se arrastra sobre los planetas, empujándolos gradualmente hacia adentro hacia la estrella o, en algunos casos, forzándolos hacia afuera. A medida que esta migración continúa durante cientos de miles de años, algunos exoplanetas quedan atrapados en las resonancias con sus vecinos. Cuando los grandes planetas terminan en espacios cerrados, se dan vueltas y crean algunas de las órbitas excéntricas vistas por el equipo. Al menos, esa es la mejor suposición actual.
Otros planetas no son largos para este mundo. Los modelos de computadora de Laughlin sugieren que algunos de los planetas más cercanos a sus estrellas se sumergirán en ellos a medida que los planetas más distantes se abran paso en órbitas más pequeñas, tal vez en cuestión de cientos de miles de años. Esta investigación en sistemas solares distantes ha planteado un escenario fascinante sobre nuestro propio sistema solar. Algunos astrónomos teorizan que Venus, la Tierra y Marte son planetas de "segunda generación", sucesores de cuerpos anteriores que nacieron más cerca del sol y migraron hacia adentro hasta que fueron consumidos.
¿Todo el caos observado en el universo presagia graves consecuencias para los pequeños planetas rocosos? En absoluto, dice Laughlin. La técnica de medir las oscilaciones de las estrellas de ida y vuelta, por sensibles que sean, tendría que ser aproximadamente diez veces más fina para revelar objetos del tamaño de la Tierra. Pero los telescopios satelitales programados para su lanzamiento en los próximos años podrían detectar "sombras" de tierras extrañas a medida que los pequeños planetas pasan frente a sus estrellas. Laughlin predice que los satélites encontrarán tales cuerpos en masa, incluso alrededor de estrellas donde aún no se han visto planetas grandes. "Es muy probable que las estrellas [parecidas al sol] estén acompañadas por planetas terrestres", dice. "Mi intuición es que nuestro sistema solar no es infrecuente".
Geoff Marcy de Berkeley está de acuerdo, porque dice que cada estrella nace con suficiente materia prima a su alrededor para crear muchos planetas. Se deben formar muchos planetas sólidos como la Tierra, dice, a medida que el polvo se funde en guijarros, que chocan una y otra vez para formar asteroides, lunas y planetas. "Tal vez los Júpiter son raros", dice, "pero los planetas rocosos casi con certeza son comunes. Simplemente no veo cómo hacer una Tierra podría ser difícil".
El pequeño exoplaneta detectado recientemente por el equipo de Marcy y Butler respalda esa opinión. Lo encontraron mientras monitoreaban los dos planetas resonantes en el sistema Gliese 876, que está a 15 años luz de distancia. Algo estaba ejerciendo sutiles tirones adicionales en las órbitas de los planetas, y la mejor explicación para eso es un tercer planeta tal vez 7.5 veces más masivo que la Tierra. Dado su tamaño, el planeta es probablemente rocoso, como la Tierra, en lugar de un gigante gaseoso. El descubrimiento fue un paso importante para responder la pregunta en la mente de todos: ¿Podemos encontrar hábitats potenciales para la vida en otros lugares?
Los astrónomos esperaban que esa pregunta fuera respondida por una misión satelital de la NASA llamada Terrestrial Planet Finder. Se suponía que iba más allá de la detección de exoplanetas: tomaría imágenes de los exoplanetas más tentadores y analizaría sus atmósferas. Pero a principios de este año, la NASA suspendió la misión, en gran parte debido a los excesos presupuestarios de la estación espacial y el transbordador espacial y el costo esperado del plan para enviar personas a Marte.
Mientras tanto, el equipo con sede en California sigue buscando más exoplanetas. En unos meses, Marcy y su compañera de trabajo Debra Fischer de SFSU comenzarán a trabajar con un nuevo telescopio en Lick llamado Automated Planet Finder que contará con el instrumento de análisis de luz más sensible hasta ahora hecho para búsquedas de exoplanetas. El instrumento robótico escaneará alrededor de 25 estrellas prometedoras cada noche despejada, con el potencial de detectar planetas tan pequeños como tres a cinco veces más grandes que la Tierra. "Este será el primer telescopio del mundo completamente dedicado a la caza de planetas", dice Fischer. "La gente pensó que se necesitarían misiones espaciales de mil millones de dólares para encontrar otros planetas como la Tierra, pero creo que tenemos una oportunidad desde el suelo".
Marcy dice que encontrar planetas en la Tierra es solo el comienzo. "En última instancia, tenemos que ir, con naves espaciales robóticas y una pequeña cámara digital, y enviar a ese pequeño cachorro a Tau Ceti o Epsilon Eridani", dice Marcy, nombrando a dos estrellas cercanas con una promesa particular para albergar planetas similares a la Tierra. Están a 12 y 10.5 años luz de distancia, respectivamente. "Claro que tomará 100 años [desarrollar la tecnología], pero es un objetivo maravilloso para nuestra especie, y está a nuestro alcance. Es completamente factible tecnológicamente obtener las primeras imágenes de la superficie de un planeta alrededor de otra estrella". . Podemos lanzar una misión global, un emisario de la Tierra. El esfuerzo que estamos haciendo ahora es simplemente el reconocimiento de esa misión, pero es un reconocimiento glorioso detectar los primeros oasis en el desierto cósmico ".
Robert Irion dirige el Programa de Comunicación Científica en la Universidad de California en Santa Cruz. El fotógrafo Peter Menzel es coautor de Hungry Planet: What the World Eats .
