Apuntes científicos desde el MIT

Descubrir un nuevo planeta extrasolar ya no es noticia. Fue un gran hito en 1995, cuando se descubrió el primero, pero ahora que ya se conocen unos 300 dando vueltas alrededor de estrellas lejanas, ¿Qué es lo realmente relevante en este campo? ¿Cuál es el contexto de las investigaciones?
La semana pasada leí la noticia publicada en nature sobre el descubrimiento de metano en un planeta extrasolar, y me di cuenta que no sabía muy bien cómo ubicar este estudio: ¿era un gran hallazgo o no? ¿Y si lo era… por qué?
En ciencia, cuando una disciplina avanza muy rápido, es difícil seguirle la pista y mantener una idea clara del contexto global en el que se enmarcan las píldoras que nos llegan por los medios de comunicación.
El estudio de exoplanetas es algo tan nuevo, que es fácil perderse. Por eso contacté con Joshua Winn , el principal experto del MIT en el estudio de planetas extrasolares. Ya nos había impartido un seminario meses antes, donde insistió en que nos atendería encantado si teníamos dudas. Comprobé que lo decía en serio. El café que tomamos duró 2 horas, y sus explicaciones me resultaron tan útiles para adquirir una visión global del tema, que intentaré transmitiros los puntos más destacados de nuestra conversación.

¿Es nuestro sistema solar extraño?
Los dos grandes objetivos son: entender cómo se forman los sistemas solares, y encontrar pistas en atmósferas lejanas que indiquen existencia de vida. Empecemos por el primero.
A partir del único ejemplo de sistema solar que teníamos (el nuestro) se construyó la siguiente teoría: Grandes cantidades de materia se acumularon formando un disco giratorio alrededor del sol. En él las partículas se iban agrupando creando estructuras más grandes. El disco se aceleraba, se producían grandes colisiones y algunas de estas estructuras adquirían una masa crítica que les permitía atraer todavía más materia, hasta acabar convirtiéndose en planetas. Esta explicación concuerda muy bien con el hecho de que los planetas pequeños y rocosos estén cercanos a la estrella, y los gigantes gaseosos estén lejanos. Así es nuestro sistema solar; no problem.
Pero sorpresa!
A medida que se han ido descubriendo planetas, un par de detalles no encajan del todo: Hay una gran cantidad de planetas gaseosos (estilo Júpiter) en posiciones muy muy cercanas a su estrella; demasiado cercanas según la teoría del disco giratorio. Y además, se han observado órbitas exageradamente elípticas.
Comparado co lo que estamos observando, parece como si nuestro sistema solar fuera atípico... ¿Habríamos construido una teoría que explicaba una excepción?
No del todo. Según Josh la teoría básica del disco giratorio es correcta, pero debe haber otros procesos que acerquen los planetas grandes a las estrellas, y que no se habían tenido en cuenta. Él está estudiando posibles colisiones durante la formación de los sistemas solares que, como si fueran canicas, moverían a los planetas de sitio. La “anormalidad” de nuestro sistema solar se debería a que no sufrió estos efectos “extra” a lo largo de su historia.
Para Josh estos nuevos ejemplos de sistemas solares representan una herramienta fantástica para entender mejor la formación planetaria.

¿Alguno de estos planetas alberga vida?
Esta es la segunda gran pregunta que se quiere responder. Para ello los astrofísicos analizan la atmósfera de los planetas. La idea es simple: buscar biomarcadores, elementos que no puedan haberse originado en un mundo inerte. Si en una atmósfera se descubre oxígeno, por ejemplo, indicará que allí hay algo que lo está generando. Se trata de encontrar moléculas “extrañas” en la atmósfera que nos indiquen que allí hay algún tipo de metabolismo.
Pero esto no pasará dentro de poco. De momento los planetas que se han descubierto son gigantes gaseosos como Júpiter, y se encuentran demasiado cercanos a su estrella como para poder albergar una vida parecida a la que conocemos. Para encontrar planetas más pequeños, y en órbitas más grandes, los telescopios y métodos de observación deben mejorar un poco.
En el camino de la búsqueda de vida, el primer gran paso (y que sí merecerá estar en las portadas de los periódicos) será encontrar un planeta rocoso menor a 10 veces la masa de la Tierra, y situado en la “zona habitable" (suficientemente apartado de la estrella como para tener agua líquida). A los científicos no les gusta especular, pero Josh pronostica que el primer planeta de estas características se podría descubrir en unos 5-10 años. El siguiente paso será intentar analizar con detalle su atmósfera. Esto requerirá bastante más tiempo, con lo que el descubrimiento de vida extraterrestre no está a la vuelta de la esquina.

¿Cómo XXXX se puede detectar un planeta tan lejano?
A mí esto me fascina más que los propios descubrimientos.
Vemos fácilmente las estrellas porque emiten luz, pero un planeta es un cuerpo opaco, oscuro, aparentemente invisible para cualquier telescopio. ¿Cómo podemos ver un planeta? La clave está en detectarlos de forma indirecta, midiendo los efectos que ejercen sobre la estrella que orbitan.
La principal herramienta es el efecto doppler: Cuando un planeta da vueltas a una estrella, ejerce una fuerza de gravedad que la hace oscilar levemente. Es decir, a veces se acerca un poquito a nosotros y a veces se aleja. Es un efecto tremendamente sutil, pero se puede descubrir analizando el espectro de la luz que recibimos.
Otra metodología utiliza cambios en la intensidad de la luz de la estrella. Si un planeta transita por delante de una estrella, afecta a su brillo. El 10% de los exoplanetas han sido descubiertos de esta manera.
Existe un tercer método de microlentes gravitacionales que permitirá descubrir planetas más pequeños, pero este no me atrevo a describirlo…

¿Y saber lo que hay en su atmósfera????
En cuanto a analizar la atmósfera, esto parece todavía más inconcebible. Pero tiene su explicación, claro. También basada en las propiedades de la luz, en este caso de la que rebota en el planeta y llega a nosotros.
Si estuviéramos en el espacio, a simple vista podríamos distinguir el océano azul del desierto amarillento. Esto es porque la luz emitida (rebotada) por el mar tiene unas características, y la emitida por la arena otras. Por eso vemos diferentes colores. Pero el espectro electromagnético es muchísimo más amplio que el rango de luz visible, y los detectores pueden discernir variaciones infinitamente más precisas que nuestro ojo. Mirando la luz que proviene de un planeta pueden detectar los elementos que lo constituyen, o saber la temperatura a la que se encuentra.

¿Era importante la noticia del metano?
Cuando para concluir se lo pregunté a Josh, hizo esa mueca en la que se levanta el labio superior y se acacha la nariz, y empezó a ladear la cabeza. Dijo que el descubrimiento en sí no era lo importante. No hay nada inesperado en que una atmósfera tenga metano. Lo relevante era demostrar que técnicamente se podía llegar a medir esta molécula en una atmósfera tan lejana. La metodología era lo trascendente. Y es que los grandes hallazgos vendrán acompañados de mejoras en las técnicas de medición.

La búsqueda de planetas extrasolares es uno de los campos más activos de la astrofísica actual. Si vas a un congreso anual de investigación sobre el cáncer, posiblemente no oigas avances revolucionarios respecto al año interior. En cambio en ciertas disciplinas, como es el caso de los exoplanetas, las novedades son constantes. No se cuando tardará a quedarse anticuado este largo post, ni si cumplirá su modesto objetivo de dar un contexto a estas investigaciones. Pero yo lo necesitaba, como mínimo para comprender un poco mejor los futuros artículos sobre exoplanetas que sí cuenten algo concreto.

Uno de los momentos más gratificantes intelectualmente es el “aha!-moment". De repente descubres una idea nueva, que ni siquiera habías contemplado, y clarifica algo que en el fondo no comprendías, o que simplemente desconocías por completo.

Hoy he tenido uno de esos “aha!-moments”. Me he dado cuenta que el Universo es mucho mayor de lo que yo pensaba…

Mi visión acerca del tamaño del Universo era así de simplista: Si lleva 13700 millones de años expandiéndose, y nada puede superar la velocidad de la luz, entonces el diámetro del Universo será –más o menos- unos 27400 millones de años luz. Nunca le había dado muchas vueltas, pero me parecía una aproximación bastante lógica.

Pero esta mañana he encontrado a mi compañero Ivan Semeniuk cuando regresaba de una clase con Alan Guth (el cosmólogo que en 1981 creó la teoría del Universo Inflacionario), y hemos empezado a hablar de la expansión del Cosmos. De golpe, he visto que mi planteamiento estaba equivocado por completo, y que la realidad desafía constantemente a eso llamado “sentido común”.

Mi grave error era visualizar el Big Bang como una explosión convencional, como fuegos artificiales, y considerar que las galaxias se alejaban unas de las otras sólo fruto de este estallido inicial.
De hecho, hasta los años 90 muchos astrofísicos tenían esta visión “clásica” del Big Bang. La gran duda en ese momento era si el Universo continuaría expandiéndose por siempre, o si su densidad sería suficientemente grande como para que la gravedad detuviera del todo su expansión, y le hiciera retroceder de nuevo hasta un Big Crunch.

Pero en 1998 se obtuvo uno de los resultados más inesperados en la historia de la astronomía. Analizando la luz procedente de supernovas, los científicos observaron que el Universo se expandía... ¡cada vez más rápido! ¿¿¿Como??? Nadie esperaba este resultado tan anti-intuitivo. ¿qué fuerza misteriosa estaba acelerando la expansión del Universo?

Quizás ya habéis oído varias veces que el 96 % de nuestro Universo está formado por una materia y energía oscura desconocidas. La materia oscura no quita el sueño a los científicos, tienen varios candidatos a constituirla con nombres como wimps, axions, neutrinos… y existen varias teorías que tarde o temprano la explicarán.
En cambio, la energía oscura les tiene absolutamente desconcertados. Representa el 74% de todo lo que existe en el Universo, es la responsable su expansión, y según nos aseguró durante una charla en Harvard el astrofísico Christopher Stubbs, es el misterio más profundo de la física actual.
Evidentemente hay muchos aspectos del Cosmos que no conocemos, pero la energía oscura representa un problema diferente, implica la existencia de algún error fundamental en nuestro modelo cosmológico actual, requiere una ciencia nueva que los científicos todavía no comprenden. Stubbs dijo que están buscando algo que no encaje, y augura que cuendo lo encuentren asistiremos a una gran revolución en el mundo de la física.

¿Pero qué tiene que ver esto con el tamaño del Universo? Todo!, ya que confirma la idea más aberrante que os podáis imaginar: Las galaxias no sólo se alejan unas de las otras debido al efecto del Big Bang. El propio espacio entre ellas también se ensancha, se expande, alejándolas todavía más.

Quizás os estéis imaginando algo parecido a una gravedad negativa, que separe en lugar de unir, pero no, no es eso, es algo mucho más extraño. El mismísimo espacio se está inflando por dentro.
Os recomiendo encarecidamente fantasear sobre este inverosímil concepto, pero no pretendáis comprenderlo, nadie lo ha conseguido del todo.

Desconozco si el siguiente dato está actualizado (si conocéis algún físico quizás le podáis reenviar esta entrada y que nos lo confirme), pero en Mayo del 2004 Neil Cornish publicó que el Universo debería tener como mínimo 156 mil millones de años luz.
La paradoja es obvia: el fotón más antiguo que nos pueda alcanzar empezó su viaje por el Universo hace 13.700 millones de años luz, pero debido a la expansión interna del espacio, el punto del que partió se encuentra ahora a 78.000 millones de años luz.

Yo reconozco que a mi esto me deja boquiabierto. Sólo el imaginarlo ya me resulta fascinante, y me cuesta creer que pueda dejar indiferente a alguien. Aquellos que este fin de semana estéis de cena navideña con los compañeros de trabajo, si en algún momento ya no sabéis de qué hablar, siempre les podéis preguntar: tu sabes cuanto mide el Universo?