500 exoplanetas

Existen innumerables soles;
hay innumerables tierras que giran alrededor de estos soles,
de manera similar a la que nuestros siete planetas giran alrededor de nuestro sol. [...]
Hay seres vivientes que habitan estos mundos.

Giordano Bruno, De l'infinito, universo e mondi, 1584.

Estatua a Giordano Bruno en Roma.
Estatua a Giordano Bruno en Campo de' Fiori, Roma, el lugar donde la Inquisición Católica lo quemó vivo y con la lengua acerrojada el 17 de febrero de 1600 por inmoralidad, enseñanzas erróneas, blasfemia, brujería y herejía. Entre estas "enseñanzas erróneas" se contaba el heliocentrismo, el principio de la pluralidad de los mundos y los orígenes más remotos de la Teoría de la Información Cuántica.

En el momento en que empiezo a escribir este post (lunes, 22/11/2010), el catálogo que mantiene Jean Schneider (CNRS-LUTH, Observatorio de París) ya cuenta 502 candidatos a planetas extrasolares. Anteayer, PlanetQuest de la NASA actualizó a 500 también. El número de mundos detectados alrededor de otros soles crece sin parar. Hay planetas por todas partes: al menos el 10%, probablemente el 25% y hasta el 100% de las estrellas del tipo de nuestro Sol podrían tenerlos girando a su alrededor. Cada día es más cierta la segunda afirmación del cosmólogo napolitano quemado vivo hace cuatro siglos por la Inquisición Papal bajo acusación de inmoralidad, enseñanzas erróneas, blasfemia, brujería y herejía. Ni más ni menos.
De la pluralidad de los mundos.
Bruno no fue el primero de los humanos en defender la pluralidad de los mundos habitados. Que se recuerde, este honor recae en los atomistas griegos, esencialmente materialistas filosóficosLeucipo, Demócrito o Epicuro acariciaron el concepto. Sin embargo Platón y Aristóteles se oponían y afirmaban que la Tierra tenía que ser única, con la humanidad (y sobre todo unas ciertas clases de la humanidad) en la cúspide de la creación.
Por motivos obvios, a los cristianos les gustaban mucho más las ideas de Platón y Aristóteles que las de los ateos atomistas. Así que cuando la Cristiandad se impuso en Occidente, lo hizo bebiendo de una cosmología clásica geocéntrica y creacionista donde la Tierra constituía un caso único y nuclear en el cosmos: el lugar elegido por Dios para encarnarse en Jesús, el escenario esencial del plan de salvación divino. La idea de que este no fuera más que un mundo cualquiera con una vida cualquiera en un rincón perdido del cosmos era –y es– difícil de conciliar con una teología salvífica antropomórfica: el Hombre creado a imagen y semejanza de Dios, el Dios encarnado en Hombre, la verticalidad del poder y de la revelación y todo ese rollo. No resulta, pues, de extrañar que los cristianos en general y los católicos en particular se tomaran cada pensamiento discrepante como un ataque frontal a su fe y a su poder. Pese a ello, al menos Nicolás de Cusa planteó ya algunas discrepancias notables al respecto.
La pluralidad de los mundos habitados aparece, aunque de pasada, en la literatura islámica medieval. Algunos de los maravillosos Cuentos de las mil y una noches –que ahora algunos fundamentalistas islámicos también se quieren cargar– incluyen elementos que hoy en día llamaríamos de ciencia ficción; entre ellos, Las aventuras de Bulukiya relata un viaje por diversos planetas habitados.
Pero Bruno sí fue el primero que planteó el asunto en términos modernos, protocientíficos. Con su muerte y la inclusión de todas sus obras en el Índice de Libros Prohibidos, aún tuvo que transcurrir casi otro siglo antes de que la idea empezara a generalizarse en el pensamiento occidental. Ocurriría en 1686, con las Conversaciones sobre la pluralidad de los mundos de Fontenelle, y más decisivamente a partir del triunfo de la Ilustración en el siglo XVIII. Locke, Herschel y hasta los padres fundadores de los Estados Unidos Adams y Franklin exploraron provechosamente la cuestión. Para los cosmistas rusos, y especialmente para el padre de la cosmonáutica Konstantin Tsiolkovsky, la pluralidad de los mundos habitados fue asunto difícilmente discutible. Al llegar el siglo XX, ya sabíamos de sobras que las estrellas del cielo son soles como el nuestro, mayormente distribuidos en grandes galaxias, y sospechábamos con fuerza que debía haber muchos más mundos alrededor de esos otros soles. Pero no teníamos ninguna prueba fehaciente al respecto. Y ya sabes que en ciencia somos muy puñeteros con eso de las pruebas fehacientes.
Detectando planetas extrasolares.
El problema con los planetas –y lunas– situados en torno a otros sistemas solares es que no emiten luz propia y están muy lejos. Actualmente, las estrellas más próximas a nosotros son el sistema Alfa Centauri, a 4,4 años-luz de distancia: lo que vienen siendo 41 billones y pico de kilómetros. Y esas son las más cercanas. La tenue luz reflejada por un planeta o una luna resulta muy difícil de distinguir a semejantes distancias, y normalmente no se puede hacer con los instrumentos del presente. Si nosotros estuviéramos situados en Alfa Centauri, la Tierra nos resultaría invisible por completo; no digamos ya mundos más lejanos.
Detección de exoplanetas por velocidad radial o espectroscopia Doppler.
La presencia de planetas girando alrededor de una estrella obliga a todo el sistema a orbitar alrededor del centro de masas común. Esta "minórbita" descrita por la estrella puede ser detectada a inmensas distancias, delatando así la existencia de planetas extrasolares invisibles a los ojos y telescopios. En la actualidad, existen métodos para aplicar esta técnica con una precisión de un metro por segundo, a muchos años-luz de distancia. Los planetas muy grandes hacen que este efecto sea más perceptible.

Por ello, la duda sobre la existencia de estas innumerables tierras girando alrededor de otros innumerables soles perduró hasta casi el siglo XXI. Así, hubo que detectarlos por vías indirectas. La más básica es la medición de la velocidad radial o espectroscopia Doppler. El principio es relativamente sencillo: todos los astros de un sistema solar, incluyendo a la estrella (o estrellas), giran en torno al centro de masas del conjunto. Cuando hay planetas, sobre todo cuando hay planetas grandes, esto se traduce en una excentricidad o bamboleo de la estrella; y como la estrella emite enormes cantidades de luz y radiación, este comportamiento puede observarse a gran distancia.
De hecho, nuestros instrumentos son bastante buenos a la hora de detectar estas anomalías. El primero en proponer la existencia de planetas alrededor de otra estrella mediante esta técnica fue el capitán W. S. Jacob del Observatorio de Madrás, perteneciente a la Compañía Británica de las Indias Orientales, ya ¡en 1855! El objeto de su deseo –del capitán Jacob y de algunos otros que vinieron después– era 70 Ophiuchi, un sistema estelar binario relativamente próximo, a 16,64 años-luz de aquí. Este sistema presenta una órbita muy excéntrica, una anomalía que condujo a pensar que allí tenía que haber un compañero invisible con un décimo de la masa del Sol. Desafortunadamente, esta hipótesis no se ha podido confirmar. Por lo que sabemos ahora mismo, en 70 Ophiuchi no hay ningún planeta con las características descritas por Jacob y los demás. Sin embargo, naturalmente, esto podría cambiar en el futuro.
La primera detección confirmada de un planeta extrasolar, usando este método, fue realizada por un equipo canadiense en 1988. Aunque al principio fueron extremadamente cautos, dado que esta observación se encontraba en el límite de los instrumentos de su tiempo, el descubrimiento se confirmó en 2002. Está en torno a la estrella Alrai o Errai (del árabe Al-Rai, el pastor), conocida sistemáticamente como gamma Cephei, y por eso lo llamamos gamma Cephei Ab o Errai A1. Se trata de un planeta grande, un gigante gaseoso con la masa de un Júpiter y medio y un poco más, que orbita con cierta excentricidad a unos trescientos millones de kilómetros de la estrella. Su año –el tiempo que tarda en dar una vuelta alrededor de su sol– equivale a unos 903 días terrestres.
Errai A1 no fue el primer planeta en ser confirmado. Este honor corresponde al sistema solar en torno al púlsar PSR B1257+12, que se encuentra en la constelación de Virgo a unos 980 años-luz de la Tierra. Los púlsares son estrellas de neutrones que emiten radiación con una frecuencia muy precisa, tanto que se consideran las radiobalizas galácticas, y por tanto la menor anomalía en el tictac de estos relojes cósmicos resulta relativamente fácil de reconocer. Esto nos conduce a otra manera de detectar exoplanetas: la temporización de púlsares.
La temporización de púlsares se parece mucho a la detección por velocidad radial; sólo que las minúsculas variaciones en las emisiones del púlsar provocadas por este mismo fenómeno multiplica su precisión por varios órdenes de magnitud. Así se han descubierto ya planetas del tamaño de la Tierra en torno a varios púlsares. Por desgracia, sólo funciona en los púlsares, y encima ninguna clase de vida ni remotamente parecida a la que conocemos puede surgir o sobrevivir en las cercanías de estrellas de neutrones como estas; sin embargo, la detección de estos planetas del tipo de la Tierra demuestra que son posibles en otros sistemas solares.
El exoplaneta Fomalhaut b observado por el telescopio espacial Hubble en 2004 y 2006.
El exoplaneta Fomalhaut b observado por el telescopio espacial Hubble en 2004 y 2006. Ver en ventana o pestaña nueva para ampliar. (NASA)

El primer planeta confirmado en torno a una estrella de la secuencia principal del tipo del Sol (G2) fue 51 Pegasi b, a 50,9 años-luz de aquí. Se detectó también por velocidad radial y es un Júpiter caliente, que orbita a apenas 8 millones de kilómetros de su sol. Los planetas más parecidos a la Tierra que se han hallado hasta el momento, utilizando el mismo método, se encuentran en torno a una enana roja de la constelación de Libra llamada Gliese 581, a 20,3 años-luz de distancia; aunque COROT-7b tampoco es de despreciar. COROT-7b es interesante también porque se detectó fotométricamente, que es otra técnica para localizar estos exoplanetas.
La técnica fotométrica más común es la observación del tránsito. Básicamente, cuando un planeta pasa por delante de su estrella (entre su estrella y nosotros, vaya), "tapa" (eclipsa) una parte de su luz y por tanto modifica las características de luminosidad que observamos desde aquí. Es lo más parecido a ver un planeta que podemos hacer normalmente, hoy por hoy. Por desgracia, este método produce un montón de falsos positivos; por fortuna, resulta relativamente fácil descartarlos aplicando a continuación la técnica de velocidad radial. El resto son ventajas: una vez confirmada la presencia del objeto, la fotometría permite estudiar su dimensión, su densidad, su atmósfera y sus emisiones de radiación, aportando una gran cantidad de datos sobre sus características.
Existen más técnicas indirectas para la detección de exoplanetas, entre las que se encuentran las microlentes gravitacionales, de tanta utilidad para hallar incontables cosas que no ven los ojos. Sin embargo, a estas alturas ya se ha conseguido confirmar al menos diez por observación directa. Viéndolo con un telescopio, vamos. Estos suelen ser planetas gaseosos muy grandes, muchas veces Júpiter, tanto que están a punto de encenderse como pequeñas enanas marrones y por tanto emiten su propia radiación.
El escenario actual va como sigue: las técnicas de detección que tenemos hoy en día son adecuadas para detectar grandes planetas, del tipo de los exteriores de nuestro sistema solar o más grandes aún. Los planetas pequeños y rocosos resultan más esquivos, y no digamos ya las posibles lunas de unos y otros, que de momento permanecen completamente invisibles a nuestros ojos e instrumentos. Esto quiere decir que en esos casi 400 sistemas solares que hemos detectado ya (¡y los que quedan por descubrir!) podría haber innumerables tierras esperando a que las veamos con un instrumento mejor. La constante mejora de estas técnicas está ocasionando un rápido incremento en el número de candidatos a exoplanetas, lo que sería indicativo de que existen muchísimos más:
Detección de exoplanetas entre 1989 y octubre de 2010, con detalle de la técnica empleada.
Detección de candidatos a exoplanetas entre 1989 y el 3 de octubre de 2010, con detalle de la técnica empleada. En estos momentos, estamos ya cerca de descubrir cien al año. (Clic para ampliar)

Ricitos de oro y los tres osos.
Ilustración del cuento infantil "Ricitos de oro y los tres osos". La moraleja: "ni demasiado caliente ni demasiado frío, ni demasiado grande ni demasiado pequeño..."

En busca de Ricitos de oro.
El sueño húmedo de todo investigador que se precie es, por supuesto, descubrir un planeta de características análogas a las de la Tierra. Más que nada porque, si bien se puede especular todo lo que se quiera sobre formas de vida extrañas, sabemos que en los planetas de estas características la vida es posible: nosotros estamos aquí. Estos planetas, que de momento serían hipotéticos si no fuera porque la Tierra existe y está bajo nuestros pies, se han venido a denominar –no sin cierta sorna– goldilocks ("ricitos de oro") por el cuento infantil Ricitos de Oro y los tres osos. Y quizá, también, por la cantidad de novios que les saldrían. 😉
Un planeta (o luna) ricitos de oro es un astro que reúne las condiciones básicas para permitir la vida del tipo de la terrestre.Vamos a detenernos un momento en el concepto, porque a veces se interpreta fatal. El interés en los ricitos de oro no presupone que la vida en la Tierra sea el único tipo de vida posible; sino que la posibilidad (que no la probabilidad) de vida en los planetas del tipo de la Tierra es total (nosotros somos la prueba), mientras que en el resto no lo sabemos. Y, por tanto, parece sensato concentrar los siempre magros recursos destinados a la búsqueda de vida extraterrestre en este tipo de mundos, al menos en primera instancia.
El propósito de las búsquedas de planetas extrasolares no es, todavía, la localización de vida extrasolar. Ni siquiera la de un segundo hogar, donde el "principio ricitos de oro" tiene aún más sentido. Por el momento, esta investigación pertenece aún al ámbito de la ciencia pura, y estamos haciendo poco más que encontrarlos, contarlos y tratar de describir algunas de sus características. Hay que aprender a andar antes de correr. Pero se notan las ganas. 😀 La menor sugerencia de que se ha detectado algún planeta telúrico o casi-telúrico provoca de inmediato gran revuelo tanto entre la comunidad científica como en la sociedad; ocurrió hace poco con el descartado (de momento) Gliese 581 g. Aunque esto de descartar candidatos es un suceso habitual en la búsqueda exoplanetaria, produjo claramente mucha más decepción que el descarte de un planeta pegasiano o uno chitónico, por decir algo.
Los "seres de luz" o de "energía pura", comunes a algunas expresiones de la espiritualidad y la literatura fantástica, serían virulentamente explosivos. :-P
Los "seres de luz" o de "energía pura", comunes a algunas expresiones de la espiritualidad y la literatura fantástica, serían virulentamente explosivos y deberían estar sometidos al Tratado de No Proliferación. 😛

Por supuesto, podríamos caer en un error terracéntrico si nos concentráramos sólo en estos mundos a la hora de buscar a otras gentes (aunque no si pretendiéramos encontrar ese segundo hogar...). No obstante, la aproximación ricitos de oro tiene bastante lógica. Veamos. Por un lado, resulta muy difícil imaginar tipos de vida desvinculados de la materia. En el ámbito de la religión y el esoterismo tienen gran querencia por los seres de luz y los entes de energía pura, pero un ser de luz (o sea, de fotones) sería extremadamente inestable y lo más parecido que se me ocurre a un ente de energía pura es una bomba de antimateria.
Ya he dicho alguna vez en este blog que no hay tal cosa como algo superior o inferior a otra en nuestro universo, y la idea de que la energía es de algún modo superior a la materia resulta absurda por completo. Si algo, sería al revés: la materia es una inmensa cantidad de energía exquisitamente estructurada, con un grado de estabilidad y sofisticación mucho mayor al de la energía pura (!), que es bastante primaria y básica. Es más: antes de poder dar lugar a cualquier forma de vida sensatamente imaginable, debe presentar un mínimo grado de organización. En la práctica: ser materia bariónica. El escalón de la materia y el escalón de la materia bariónica parecen dos pasos necesarios e imprescindibles en el surgimiento de algo tan diabólicamente complejo como la vida.
Y en este universo, la materia bariónica se halla sobre todo en el espacio interplanetario e intergaláctico –demasiado esparcida para dar lugar a vida por sí misma–, en las estrellas –demasiado calientes para permitir su surgimiento y estabilidad– y en los planetas y sus lunas. Estos últimos constituyen, pues, el escenario idóneo para el surgimiento de las formas de vida más probables. Por eso la vida que conocemos apareció en un planeta; como la Tierra, por ejemplo.
Zona de habitabilitad, según distintos tamaños de estrellas, comparada con nuestro sistema solar.
Zona habitable ("ricitos de oro"), según distintos tamaños de estrellas, comparada con nuestro sistema solar. (Clic para ampliar)

Hay cosas que evidentemente favorecen el nacimiento y desarrollo de al menos una forma de vida, y otras que lo desfavorecen. La presencia de un solvente líquido como el agua ayuda mucho, pues permite que átomos y moléculas de materia muy distinta entren en contacto fácilmente entre sí. Para eso, la temperatura no debe ser tan baja que esté todo congelado e inmóvil, ni tan alta que los solventes se conviertan en vapor o plasma. La región alrededor de un sol donde un solvente como el agua puede permanecer en estado líquido se denomina zona habitable. O también zona ricitos de oro. Los planetas ricitos de oro son aquellos que se encuentran dentro de la zona habitable de sus respectivas estrellas.
Existen más condicionantes que pueden alterar radicalmente la capacidad de un planeta para albergar vida. Por ejemplo, las gigantescas estrellas de tipo O probablemente barran todo el espacio circundante con un violentísimo viento solar, impidiendo la formación de planetas en su hipotética zona habitable.
En el extremo contrario, las enanas rojas –que constituyen la mayor parte de las estrellas de la galaxia– se habían descartado tradicionalmente pero en los últimos años han suscitado nuevo interés. Por la parte mala, emiten muy poca luz y calor, con lo que su zona habitable debe ser muy estrecha y cercana; cualquier planeta que se halle en esta región estará seguramente sometido a acoplamiento de marea (como la Tierra y la Luna), dando lugar a un hemisferio permanentemente expuesto al sol y otro en noche perpetua, lo que hace muy difícil la vida fuera de la estrecha zona de transición entre uno y otro; y encima son muy variables, lo que puede cargarse durante una fase de su historia todo lo logrado en la anterior. A su favor juega que son extremadamente abundantes y sobre todo longevas: durarán billones con "b" de años, permitiendo así incontables oportunidades para que se produzcan muchas tentativas; cualquiera de ellas puede dar en el clavo con una forma de vida capaz de medrar en estas circunstancias.
Radiotelescopio de Yevpatoriya (Ucrania), el más grande de Eurasia.
Desde el radiotelescopio de Yevpatoriya (Ucrania), el más grande de Eurasia, se han enviado ya al menos dos mensajes hacia 47 de Osa Mayor y otras estrellas prometedoras. 47 UMa es un sol muy parecido al nuestro, a 46 años-luz de distancia, donde ya se han detectado varios planetas.

No obstante, los soles más idóneos parecen ser los de tipo G y sobre todo K. Nosotros surgimos en torno a una estrella de tipo G, la enana amarilla llamada Sol, pero por su larga vida y comportamiento similar las de tipo K (enanas naranjas) podrían ser aún mejores. Las estrellas G y K suman al menos el 14% de los soles en nuestra galaxia y en muchas de ellas ya hemos detectado planetas. Entre las más próximas, tenemos ya candidatos a planetas en Epsilon Eridani (K2V, 10,5 años luz), 47 de Osa Mayor (G1V, 46 años luz, interesantísima) o AB Pictoris (K2V, 148 años-luz). Con toda probabilidad hay muchos más, esperando a que tengamos instrumentos más sensibles, como quisieron serlo el cancelado Darwin de la ESA o el postergado TPF de la NASA.
Lo seguro es que cada día hay más candidatos a convertirse en esas innumerables tierras de las que habló Giordano Bruno. De momento llevamos ya medio millar y, al ritmo actual, antes de cinco años habremos alcanzado los mil como mínimo, más todo los que no podemos prever aún. Si esta es la densidad planetaria típica en una galaxia, sólo en nuestra Vía Láctea debe haber entre cientos y miles de millones de planetas, más sus lunas, lo que podría elevar el número de estos astros al orden de la decena de millar de millones. Vale, los que estén más cerca de los núcleos galácticos no valen. Ni los de estrellas demasiado grandes o demasiado pequeñas. Aceptemos que tampoco los de sistemas múltiples. Sigue siendo un número asombroso: aunque apenas uno de cada diez millones de estos mundos fuera ricitos de oro, seguirían siendo mil sólo en esta galaxia.
Se considera que la zona de habitabilidad galáctica (ni demasiado cerca del centro para que la radiación no acabe con todo, ni tan lejos que dificulte la formación de elementos pesados) tiene unos seis mil años luz de ancho, empezando a una distancia de 25.000 desde el núcleo galáctico. El disco estelar de la Vía Láctea es esencialmente plano, con un grosor de apenas mil años-luz.  Si calculamos el volumen de este disco y luego le sacamos la raiz cúbica, nos sale que debería haber un ricitos de oro de media cada mil años-luz aproximadamente, lo que seguramente aporta algo de luz a la pregunta de ¿dónde está todo el mundo? En todo caso, observa que estamos utilizando las estimaciones más conservadoras posibles, suponiendo siempre formas de vida análogas a la terrestre y contando únicamente nuestra galaxia.
Así pues, a estas alturas ya podemos afirmar rotundamente con Giordano Burno: existen innumerables soles. Dependiendo del sentido, también podemos decir con él: hay innumerables tierras que giran alrededor de estos soles. Y, sin duda, podemos seguir preguntándonos legítimamente: ¿hay seres vivientes que habitan estos mundos? Bruno y quienes fueron como Bruno apostaron a que sí. Como poco, podemos contestar ya: existe una elevada probabilidad. Y es posible que la respuesta esté mucho más cerca de lo que podemos soñar hoy.

PD: Resulta difícil determinar cuál es el "exoplaneta número 500", puesto que los candidatos entran y salen de la lista constantemente. En estos momentos, PlanetQuest de la NASA cuenta en esta posición a HD 218566 b, situado a unos 97 años-luz de aquí: un astro algo más pequeño que Saturno orbitando en torno a una estrella de tipo K3V.