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La ’Tierra’ vecina

Por: Lee Billings, Scientific American en Español, 24 de agosto de 2016

Astrónomos han hallado un exoplaneta que podría ser habitable –y se encuentra lo más cerca a nosotros posible–.

Fue hace poco más de 20 años –tan solo un parpadeo de ojos en el tiempo cósmico– que astrónomos encontraron los primeros planetas que orbitan a estrellas que no son nuestro Sol. Todos estos nuevos mundos eran gigantes de gas, como Júpiter o Saturno, y completamente inhóspitos para la vida tal como la conocemos, pero desde hace años cada descubrimiento fue reportado diligentemente como noticia de primera plana, mientras que los científicos y el público soñaban con el día en que encontráramos un mundo habitable. Un lugar similar a la Tierra, con abundante agua superficial, que no estuviera congelada ni en forma de vapor, pero sí en estado líquido, que es tan esencial para la vida. En aquel entonces la apuesta segura era que el descubrimiento de tal planeta solo vendría después de muchas décadas, y que cuando las costas brumosas de ese nuevo mundo se materializaron del otro lado de nuestros telescopios, estaría demasiado lejano y borroso como para poder estudiarlo en detalle.

Evidentemente, la apuesta segura era absolutamente incorrecta. Este miércoles astrónomos hicieron el tipo de anuncio que solo puede aparecer una vez en la historia humana: el descubrimiento del mundo potencialmente habitable más cercano fuera de nuestro sistema solar. Este mundo puede que sea rocoso como el nuestro y gira en una órbita climáticamente templada alrededor del vecino estelar más cercano del Sol, la estrella enana roja Próxima Centauri, ubicada a poco más de cuatro años luz de distancia. Sus resultados se publican en un estudio en la revista Nature.

Aunque técnicamente sigue siendo considerado un planeta "candidato" a la espera de la verificación, la mayoría de los astrónomos consultados para este reportaje creen que el mundo está allí. Apenas se conocen el periodo orbital y la masa aproximada del planeta, pero es suficiente para hacerles sentir escalofríos. Próxima Centauri ofrece un brillo que es solo una milésima parte de la luminosidad de nuestro Sol, es decir, cualquier planeta amigable para la vida debe estar muy cerca de ella. El mundo recién descubierto, bautizado como “Próxima b” por los científicos, reside en una órbita de 11,2 días donde el agua –y por tanto el tipo de vida que conocemos– podría posiblemente existir. Y es probable que sea poco más de un tercio más pesado que la Tierra, lo que sugiere que ofrece una superficie sólida sobre la cual los mares y océanos podrían existir. En una proeza de descubrimiento que podría cambiar la forma de la historia de la ciencia y los sueños humanos de futuros viajes interestelares, nuestra especie ha descubierto un planeta potencialmente habitable que se encuentra justo al lado.

“Triunfar en la búsqueda del planeta terrestre más cercano más allá del sistema solar ha sido la experiencia de toda una vida, y se ha basado en la dedicación y la pasión de una serie de investigadores internacionales”, dice el autor principal del estudio Guillem Anglada-Escudé, astrónomo la Universidad Queen Mary de Londres, quien dirigió las observaciones. “Esperamos que estos resultados inspiren a futuras generaciones a mirar más allá de las estrellas. La búsqueda de vida en Próxima b es lo que sigue”.

Para algunos, Próxima b es una piedra angular que se ajusta dentro de la revolución astronómica que comenzó cuando se descubrieron los primeros exoplanetas. “Durante más de 20 años la historia de exoplanetas ha sido definida por el estudio de estrellas a decenas o cientos de años luz de distancia, cuando el Santo Grial –un pequeño, rocoso y potencialmente habitable planeta– esperaba a ser descubierto en torno de nuestro vecino más cercano”, dice la astrónoma Debra Fischer, una veterana cazadora de planetas de la Universidad de Yale que ha conducido estudios independientes del sistema de Alfa Centauri. “Cuando lancemos nuestros primeros exploradores robóticos de estrellas más allá del sistema solar, ¡sabemos a dónde deberíamos enviarlos!”

Caleb Scharf, director de investigaciones de astrobiología de la Universidad de Columbia, dice que el descubrimiento es “un momento psicológico tremendamente importante para el campo, así como para nuestra especie. Descubrir quién vive en la casa de al lado puede cambiar perspectivas y prioridades, y eso es lo que Próxima b hará”.

Aunque está a apenas algo más de cuatro años luz de distancia, Próxima Centauri es demasiado débil para ser vista a simple vista. Se desplaza en las afueras de las estrellas gemelas, similares al Sol, Alfa Centauri A y B, formando un trío estelar que aparece como un único punto brillando en la constelación austral de Centaurus. La pequeña estrella está destinada a deslizarse lentamente más lejos de nosotros en las corrientes celestiales de la Vía Láctea, pero continuará siendo la más cercana a nosotros que lleva un planeta tal vez por los próximos 40.000 años.

“Por primera vez, tenemos un exoplaneta a nuestro alcance que podría ser un anfitrión para los organismos biológicos”, dice el coautor del estudio Mikko Tuomi, un astrónomo de la Universidad de Hertfordshire. “Y eso hace que Próxima b sea no solo uno de los descubrimientos más fascinantes que han hecho los astrónomos, sino también uno de los más importantes que se pueden hacerse”.

Aún así, es un descubrimiento que por poco no ocurre. “La gente parece pensar que acabamos de encontrar el planeta. Pero no, hemos creído que estaba allí durante años”, dice Anglada-Escudé. “Solo tuvimos que construir un argumento para convencer a los demás de que existe”.

El pálido punto rojo

Tuomi fue el primero en ver pistas del mundo en 2013, mientras cazaba planetas con Anglada-Escudé. Como investigadores relativamente principiantes, los dos astrónomos se enfrentaron con dificultades para asegurar el tiempo preciado de los telescopios para buscar planetas, y en su lugar buscaban mundos pasados por alto analizando cuidadosamente de nuevo los datos públicos liberados por otros equipos. La débil señal de Próxima b apareció por primera vez en los datos combinados de varios años de observaciones de dos espectrógrafos de búsqueda de planetas, HARPS y UVES, que operan en los telescopios en Chile del Observatorio Europeo Austral (ESO). Tanto HARPS y UVES habían monitoreado a Próxima Centauri durante años, en busca de ver si la estrella se tambaleaba al vaivén de los planetas invisibles en torno a ella, pero los equipos que dirigían las observaciones habían afirmado que no habían detectado planeta alguno. Un mundo que orbita en torno a una estrella impone una oscilación periódica distintiva sobre ella, a veces tan suave que mueven a sus soles de forma más lenta que la velocidad a la que gatea de un bebé. La oscilación de 11 días que Tuomi creyó ver en los datos combinados de HARPS y UVES sobre Próxima Centauri fue ligeramente más fuerte –1,4 metros por segundo, la velocidad a la que camina un adulto promedio–. Junto con varios colegas, Tuomi y Anglada-Escudé escribieron de forma rápida y sometieron a publicación su estudio reportando las potenciales señales planetarias.

Sin embargo, muchas cosas pueden hacer que se mueva una estrella. Por ejemplo, las olas agitadas y vórtices de plasma magnetizado que fluye en su superficie puede imitar o enmascarar la oscilación causada por un pequeño planeta. E incluso los mejores espectrógrafos de búsqueda de planetas están sujetos a errores de calibración que pueden causar más confusión. En 2012, el equipo de HARPS había anunciado un bamboleo causado posiblemente por un pequeño mundo rocoso alrededor de Alfa Centauri B, pero en última instancia el planeta resultó ilusorio, un fantasma producido por manchas estelares, rotación estelar y análisis estadístico cuestionable. Era una advertencia: si el equipo de HARPS había sido engañado por Alpha Centauri B, una de las estrellas más tranquilas en el cielo, la esperanza de encontrar planetas alrededor de la vecina Proxima, que entra en erupción constantemente con “súper-estallidos” que pueden sabotear fácilmente las cuidadosas observaciones, parecía escasa.

La reputación de Próxima Centauri como una estrella fulgurante y cascarrabias la había mantenido lejos de las prioridades del equipo de HARPS– y también había puesto en duda las afirmaciones de Tuomi y Anglada-Escudé–. Su estudio fue rechazado; revisores encontraron su evidencia poco convincente. Anglada-Escudé respondió invirtiendo los siguientes dos años en el desarrollo de la campaña de observación del “Pálido Punto Rojo”, bautizada en honor a la imagen de la Tierra desde el espacio profundo captada por el Voyager 1 y popularizada por el fallecido astrónomo Carl Sagan como el “Pálido Punto Azul”. Sería un cambio audaz de otras cazas planetarias anteriores, que tendían a favorecer a rozar un gran número de estrellas en busca de planetas más evidentes, en lugar de machacar sobre un objetivo único.

Anglada-Escudé y el resto del equipo del Pálido Punto Rojo persuadieron a ESO para obtener 20 minutos de tiempo de observación HARPS centrado en Proxima durante 60 noches consecutivas en la primavera de este año. El equipo reforzó su trabajo con HARPS con observaciones simultáneas de otros dos telescopios para monitorear las llamaradas y manchas estelares que podrían hacerse pasar por los planetas. Mientras se iniciaba la campaña de observación, Anglada-Escudé también trabajó con el coautor del estudio y astrónomo del Carnegie Institution, Paul Butler –un cazador de planetas canoso que ayudó a fundar el campo hace 20 años– para extraer con éxito el bamboleo de 11 días a partir únicamente de los datos de UVES. Al emparejar los datos antiguos con los nuevos, la señal se elevó significativamente, llegando a valores estadísticamente incuestionables. En los primeros 10 días de la campaña de observación, el equipo del Pálido Punto Rojo sabía que había encontrado a Próxima b.

“Estoy totalmente convencido”, dice Butler. “La Naturaleza es maliciosa y trata de ocultar las cosas, pero usted no encuentra accidentalmente dos señales perfectamente congruentes a partir de dos instrumentos separados”.

Los miembros del equipo de HARPS, cuyos datos mostraron ser cruciales para el descubrimiento, están convencidos también. “La señal es significativa y se debe a un planeta”, dice Christophe Lovis, astrónomo del Observatorio de Ginebra, que desarrolló el software de análisis de datos del equipo de HARPS. “Se trata de los últimos conjuntos de datos, de alta cadencia que marcan la diferencia... simplemente probaron suerte y funcionó”.

Sueños y pesadillas de Risitos de Oro

Tal vez el dato más sorprendente de Próxima b es que su existencia no es realmente sorprendente en absoluto.

En los últimos años, en gran parte gracias a la labor del equipo de HARPS, así como los resultados del telescopio espacial caza-planetas Kepler de la NASA, los astrónomos han convergido en una estimación estadística del número de mundos potencialmente amigables para la vida en nuestra galaxia. Entre el 15 al 30 por ciento de las estrellas de la Vía Láctea, al parecer, deben albergar “mundos Goldilocks” (Risitos de Oro), planetas ni demasiado grandes para ser sofocados por atmósferas gruesas ni demasiado pequeños para dejar ir su precioso aire al espacio, en una órbita no muy caliente y no muy fría, donde podría existir agua líquida sobre sus superficies rocosas.

De forma similar a como los gránulos de arena son más numerosos que las enormes rocas en una playa, estrellas pequeñas como Próxima Centauri son mucho más abundantes que las más grandes, como nuestro Sol. Las estrellas pequeñas son más eficientes con su combustible nuclear, por lo que brillan cientos de millones de años más –algunas hasta billones de años más–que estrellas como el Sol. Así que habrá que esperar que la mayoría de los mundos Goldilocks existan alrededor de enanas rojas como Próxima Centauri. ¿Pero debemos esperar que sean realmente habitables? De esto, ni siquiera los expertos están seguros.

A pesar de que se asemeja Tierra en masa y la exposición a la luz de su estrella, Próxima b "no es un gemelo de la Tierra", dice Franck Selsis, un experto en atmósferas de exoplanetas de la Universidad de Burdeos. La misma órbita de 11,2 días que coloca a Próxima b en la zona habitable de su estrella también la somete a una galería de pícaros efectos nocivos que podrían erradicar una biosfera –o prevenir la formación de una en el primer lugar–.

Para Rory Barnes, un astrobiólogo de la Universidad de Washington, cuyo sombrío panorama sobre la habitabilidad de planetas le ha ganado una reputación de “destructor de mundos”, todos esos obstáculos potenciales sugieren que Próxima b puede no ser el planeta con vida agradable que estamos buscando. “En general, cualquier planeta debe considerarse poco probable de sustentar la vida”, argumenta Barnes. “Este tiene requisitos diferentes a los nuestros, y probablemente tiene más obstáculos que superar que los que la Tierra hizo”.

El principal de ellos, Barnes dice, es el hecho de que las enanas rojas tienden a tener juventudes inestables y violentas –como un ser humano que podría vivir durante miles de años, pero, en consecuencia, sufriría siglos de adolescencia turbulenta–. Debido a que son tan pequeñas, se considera que tales estrellas se forman muy lentamente, pasando muchos millones de años incrementando su masa y brillando mucho más de lo que lo hacen el resto de sus vidas. Si Proxima b se formó en el lugar en que lo vemos hoy en día, para ser habitable “tendría que haber evitado de alguna manera de ser horneado a un estado de invernadero desbocado, como Venus, por cientos de millones de años”, dice Barnes. Sin embargo, Barnes también ofrece un remedio posible utilizando otro poco de razonamiento creativo “Ricitos de Oro”: una manta no muy gruesa, ni muy delgada de hidrógeno podría haber actuado como protector solar para el joven planeta, que gradualmente se evaporó bajo la cruda luz de las estrellas y que se disipó solo después de que Próxima Centauri se instalara en la edad adulta.

Las mareas extremas producidas por la atracción de Próxima Centauri sobre su compañero diminuto podrían ser otro asesino. Esos efectos de las mareas podrían hacer que Próxima b girara solo una vez por órbita, manteniendo un lado del mundo en la oscuridad mientras que el otro se enfrenta siempre a la estrella, aunque muchos investigadores ahora creen posible que la atmósfera podría hacer circular el calor entre las dos partes para mantener viva la esperanza de una biosfera. Más preocupante es un fenómeno llamado “calentamiento de marea”, la fricción producida en el interior de un planeta por la flexión del tirón de las mareas de su estrella. Si la órbita de Proxima b es (o alguna vez lo fue) significativamente alargada, planeando cerca de la estrella en un extremo y lejos, en el otro, el calentamiento de marea resultante podría hervir cualquier océano por su propia cuenta sin ninguna ayuda de la luz estelar.

Jim Davenport, estudiante postdoctoral en la Universidad de Western Washington, cree que el mayor obstáculo de Próxima b para condiciones similares a las de la Tierra son las erupciones continuas de Próxima Centauri, que pueden ser 10 veces más enérgicas que las observadas en nuestro Sol. Los crueles rayos X y la radiación ultravioleta de las llamaradas podrían despojar a Próxima b de su atmósfera, dejándola estéril y sin aire. Pero la esperanza sigue existiendo en este caso también – un campo magnético protector similar al de la Tierra o una atmósfera densa y humeante posiblemente podría defenderlo de los peores estallidos–. “Para jugar a Hamlet, hay más cosas en el cielo y en los exoplanetas que las que soñamos en nuestros libros de texto”, dice Davenport. “Pero en este momento, simplemente no sabemos”.

Tarde o temprano, eso va a cambiar. Ya el descubrimiento está impulsando un nuevo interés en las búsquedas de mensajes de radio o basados en láser enviados hacia la Tierra por cualquier extraterrestre tecnológicamente hablantín en el planeta, así como las propuestas futuristas para enviar sondas robóticas a nuestro sistema estelar más cercano –incluso si estos esfuerzos tienen pocas posibilidades de ofrecer resultados en un futuro próximo–. A más corto plazo, mientras las noticias de Proxima b se propagan a través de la comunidad científica, los astrónomos están preparando la cancha para observar y estudiar.

Conozca a sus vecinos

Debido al corto periodo orbital de Próxima b, espectrógrafos de búsqueda de planetas además de HARPS y UVES podrían confirmar la existencia del planeta en cuestión de semanas, dice Anglada-Escudé. Estudios más amplios de los bamboleos de Próxima Centauri podrían entonces limitar mejor la masa y la órbita del planeta, poniendo límites más estrictos sobre las posibilidades de la vida allí y, potencialmente, revelando la presencia de más planetas.

Pero la mayor esperanza entre los cazadores de planetas es que visto desde la Tierra, por casualidad Próxima b transite en frente de la cara de su estrella y proyecte una sombra minúscula pero medible por nuestros instrumentos en espera. David Kipping, un astrónomo de la Universidad de Columbia, es ahora líder de un equipo en busca de signos de posible tránsito de Próxima b en observaciones recientes de Próxima Centauri tomadas por el telescopio espacial MOST de la Agencia Espacial Canadiense.

“Somos optimistas de que realizará un tránsito”, dice Kipping. Tomando en cuenta el brillo fluctuante de la estrella debido a sus erupciones, los resultados concluyentes no estarán hasta en algún momento de septiembre. Si los signos convincentes de un tránsito aparecen en los datos de MOST, los astrónomos probablemente busquen obtener una confirmación más segura usando hardware más grande: el telescopio espacial infrarrojo Spitzer de la NASA.

Un tránsito sería un tesoro para los astrónomos. La silueta planetaria les permitiría medir directamente el tamaño de Próxima b, precisar su masa e incluso calcular su densidad y composición estimada. Por otra parte, la luz estelar destellando en los bordes de un tránsito de Próxima b podría permitir a los astrónomos determinar la presencia y la composición global de la atmósfera del mundo, si tiene una. Tales observaciones probablemente requerirían de la precisión de observación del telescopio espacial James Webb de la NASA, que se lanzará en octubre de 2018.

Incluso si no se observa un tránsito de Próxima b, todavía ofrece una oportunidad única para una próxima generación de telescopios extremadamente grandes con base en tierra actualmente en construcción en todo el mundo. Programados para inaugurarse en la década del 2020 y armados con espejos de captación de luz que se extienden 30 metros o más de ancho, este tipo de telescopios podrían posiblemente obtener imágenes directas –fotos reales– de Próxima b, revelando información de otra forma inalcanzable de su composición e historia. El mayor de estos gigantes telescopios de próxima generación será el Extremely Large Telescope (E-ELT) de ESO, que podría comenzar a operar en Chile en 2024.

“Próxima b podría ser el único (o al menos uno de pocos) planeta en una zona habitable que podría ser fotografiado con el E-ELT”, dice Selsis. “Incluso sin hablar de la vida, esto podría representar una revolución en la ciencia planetaria”. Las observaciones del planeta en tránsito –o imágenes directas de un gigantesco telescopio basado en tierra– podría revelar si el planeta tiene una atmósfera densa y acuosa. Si lo hace, “entonces sabríamos que los planetas de enanas rojas pueden mantener su agua, a pesar de la actividad estelar, y ser habitables. Eso sería fantástico”, dice Selsis.

Mirando más allá de la década de 2030 y más allá del James Webb, el próximo gran observatorio espacial de la NASA será WFIRST, una versión mejorada del exitoso telescopio Hubble de la agencia con un campo de observación más amplio, optimizado en el infrarrojo. Los planes actuales hacen un llamado para que el WFIRST vaya acompañado de un coronógrafo de alto rendimiento, un instrumento capaz de bloquear la luz de una estrella y así hacer visibles a los tenues planetas que las acompañan. Por desgracia, el coronógrafo de WFIRST está optimizado para las estrellas como nuestro Sol, no para las enanas rojas como Próxima Centauri. Según Jeremy Kasdin, el astrónomo de la Universidad de Princeton que conduce el desarrollo de coronógrafo del proyecto, WFIRST “no va a ser capaz de ver a Próxima b debido a su cercanía a su estrella y la baja intensidad del planeta en longitudes de onda del telescopio”.

Por ahora, esto significa que el objetivo de sondear a fondo Próxima b y otros mundos cercanos en busca de signos convincentes de la vida –las llamadas “firmas biológicas”– puede mantenerse fuera del alcance por décadas. “El objetivo a largo plazo de obtención de imágenes directamente de estos planetas es ver si sus atmósferas son propicias para, o incluso son influenciadas por, una biosfera, buscando gases como el oxígeno que están muy lejos del equilibrio termodinámico, gases que en la Tierra son producidos por los seres vivos”, dice Butler, el veterano en la búsqueda de planetas que ha estado persiguiendo este sueño durante la mayor parte de su vida. “La gente me pregunta, ‘¿cómo vamos a probar un planeta tiene vida?’ Si se toma un espectro de un planeta potencialmente habitable y observa agua y un poco de gas fuera de equilibrio, le da la vuelta a esa pregunta de ‘demuestre que hay vida’ a ‘pruebe que no lo hay’. “Mi gran esperanza es que esto ocurrirá en una generación”.

A medida que pasan las generaciones, muchos astrónomos más jóvenes son menos pacientes. En lugar de esperar a que otro gran telescopio espacial aún más allá en el futuro después de WFIRST, algunos ahora dicen Próxima b ha cambiado las reglas. Al igual a como su descubrimiento requirió de una campaña de observación dedicada e intensamente concentrada, la búsqueda de signos de vida allí quizás resulte mejor impulsando el uso de telescopios espaciales de una sola función, que son más pequeños, más baratos y más rápidos que las inmensas misiones de usos múltiples de la NASA. Ya, algunos investigadores disidentes de la NASA han sugerido dicho enfoque para las vecinas de Próxima Centauri, las estrellas más similares al Sol: Alfa Centauri A y B.

“Puede que estemos en una nueva carrera ahora”, dice Anglada-Escudé. “Construir un observatorio masivo para tomar imágenes de planetas alrededor de un centenar de estrellas es muy caro. Pero la gente ahora sabe exactamente lo que debe buscar, así que uno puede diseñar su telescopio e instrumentos para buscar solo a este planeta, y optimizarlos para esa única tarea”.

Sara Seager, astrofísica del MIT que ha ayudado a planificar WFIRST y otras misiones de próxima generación, ve el resultado como una nueva oportunidad para la ciencia exoplanetaria. “Esto nos da permiso a los que estamos en este campo a poner todos los huevos en una canasta, en lugar de tirar los dardos al azar hacia el cielo”, dice Seager. “Antes de Próxima b, usted con costos podría imaginar el envío de un telescopio espacial hacia una única estrella, pero ahora es imaginable. Hay desventajas. Si todos escogemos la cosa equivocada, ¿qué pasa entonces? ¿Podría haber menos trabajo por hacer, porque nos vamos a centrar en un menor número de objetos? Podríamos terminar como los físicos de partículas, con miles de autores para un estudio. Pero este es el camino para encontrar los planetas más prometedores en torno a las estrellas más cercanas”.

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