Más de 4000 Exoplanetas ya descubiertos.

Desde comienzos de este mes de Marzo, oficialmente más de 4000 exoplanetas han sido descubiertos y validados desde que el primero de ellos, PSR B1957+20 b, fuera descubierto en 1988. Y este número crecerá muy rápidamente gracias al trabajo continuo que se está realizando.

La búsqueda en el Cosmos de exoplanetas parece resultar fructífera. Esta investigación fascina al público en general porque mantiene la esperanza que algún día se pueda detectar, en uno de estos cuerpos celestes, signos de vida. Pero, ¿qué es un exoplaneta y qué significa «descubrir un exoplaneta»?

Básicamente un planeta exoplaneta o planeta extra-solar es un planeta que orbita alrededor de una estrella que no sea el sol. Para nombrarlo, se agrega una letra minúscula al nombre de la estrella, comenzando con la «b» para el primer exoplaneta detectado; y siendo la «A» reservada para la estrella. Por ejemplo, el exoplaneta Corot7c es el segundo exoplaneta encontrado alrededor de la estrella Corot7A . Como sabemos, en el inmenso Cosmos hay miles de millones de estrellas, por lo que se espera encontrar la cantidad nada descabellada de miles de millones de exoplanetas -si la propia existencia temporal humana lo permite- . Sin embargo, hasta hoy solo conocemos 4.000 de estos cuerpos celestes porque es muy difícil detectar su presencia. Los instrumentos actuales por más sofisticados que sean solo pueden descubrir exoplanetas que orbitan alrededor de las estrellas en nuestra galaxia cerca del sol.

Entonces, ¿cómo se descubren?. En 2019, un astrofísico profesional no solo pone su ojo detrás de su telescopio para estudiar su objeto favorito. Para descubrir y estudiar los cuerpos celestes, utiliza un conjunto de instrumentos compuestos, entre otros, de un telescopio que recoge la luz de la fuente observada y los dispositivos que analizan esta luz. Todos estos financiados por una institución, un estado o incluso un grupo de estados como ESO ( European Southern Observatory ).

Si intentamos detectar un exoplaneta usando el instrumento más simple: un detector similar a una cámara digital. Apuntamos el telescopio a una estrella alrededor de la cual un exoplaneta orbita y grabamos una imagen. Como la estrella es entre 10.000 y 10 mil millones de veces más brillante que el planeta extra-solar, solo vemos la estrella en la imagen grabada y no el exoplaneta. Para sortear esta dificultad, los astrofísicos utilizan técnicas indirectas: miden una señal que traiciona la presencia del exoplaneta sin detectar la luz reflejada o emitida por ella utilizando varios métodos.

El tránsito

Una primera técnica, la de los tránsitos, mide las variaciones temporales de la luminosidad de la estrella. Si, mientras atraviesa su órbita, el exoplaneta pasa entre la estrella y el observador, enmascara una parte del disco estelar y la luminosidad medida disminuye:


Brillo estelar medido en función del tiempo. 
Cuando el planeta (en azul) pasa por delante de la estrella (en amarillo), el flujo medido disminuye. ESA

¿Qué se está midiendo exactamente? Conociendo la masa de la estrella, se puede deducir la separación entre la estrella y su exoplaneta ( tercera ley de Kepler ). La forma de la curva de luminosidad proporciona información sobre los parámetros orbitales del exoplaneta. Además, la amplitud de la variación de luminosidad hace posible estimar la relación entre el radio del exoplaneta y el de su estrella. Conociendo el radio de la estrella, tenemos el del exoplaneta. Miles de exoplanetas ya han sido detectados por tránsito (misiones CoRoT , Kepler o Tess ) pero también hay otras técnicas.

Movimiento orbital de la estrella.

La estrella y el exoplaneta giran alrededor del centro de gravedad del sistema. Si el exoplaneta gira alrededor de su estrella, también se mueve. Por lo tanto, es suficiente detectar el movimiento de la estrella para detectar la presencia de un exoplaneta. Dos tipos de instrumentos miden este movimiento. La primera mide la velocidad radial de la estrella, la segunda su astrometría.

Velocidad radial

Una estrella emite una luz compuesta de una infinidad de colores. Es por eso que la luz del sol desglosada por las gotas de lluvia crea un arco iris. Este arco iris, llamado espectro en física, puede ser registrado por un espectrómetro. A primera vista, el espectro del Sol así obtenido.

Corresponde al arco iris observado en el cielo.


El espectro del sol. 

En la imagen de arriba sobre el espectro solar, se pueden observar líneas negras verticales, estas son las llamadas líneas de absorción: faltan algunos colores porque son absorbidos por compuestos químicos que se encuentran en las capas superiores del Sol. Al estudiar qué colores faltan, se puede saber qué compuestos químicos la componen. Del mismo modo, el estudio del espectro de estrellas permite determinar su composición química. La velocidad radial también se usa para medir lo cerca o lejos que la estrella está de nosotros, lo que se llama el efecto Doppler: el espectro se desplazada al rojo si La estrella se aleja, y hacia el azul si se acerca.

Si medimos periódicamente que la estrella se aleja y se acerca a nosotros, es porque está orbitando un punto; En el espacio, una estrella no puede ir en línea recta, detenerse y retroceder. El valor medido de la velocidad radial hace posible estimar un valor mínimo de la masa del objeto celeste que orbita alrededor de la estrella. Si la masa es muy grande, es causa de una segunda estrella (sistemas binarios)s. Si la masa es menor, es un exoplaneta.

La astrometría.

La astrometría consiste en registrar el movimiento de la estrella perpendicular a la línea de visión que une la estrella con el observador. Si la estrella se mueve periódicamente de lado a lado, está en órbita alrededor de un punto. Dependiendo de la amplitud oscilatoria del movimiento, es una estrella binaria o un exoplaneta cuya masa y parámetros orbitales se pueden medir. Esta técnica no se ha utilizado todavía porque el desplazamiento de una estrella debido a su exoplaneta es muy débil. Pero al parecer eso cambiará con la misión Gaia que observa las estrellas de nuestra galaxia. Se cree que con esta técnica se detectaran miles de estos objetos a lo largo de 2019.

Queremos una imagen

Es cierto que nos gustaría obtener imágenes directas de exoplanetas. Específicamente, nos gustaría detectar la luz emitida, reflejada o transmitida por el exoplaneta. De este modo, se podría estudiar la composición química de su atmósfera mediante espectrometría .

La técnica de tránsitos descrita anteriormente también permite, en ciertos casos particulares, estudiar las capas superiores de la atmósfera del exoplaneta en cuestión. El espectro de la estrella se compara antes del tránsito y durante el tránsito y se identifican las líneas de absorción que aparecen durante el tránsito. Se deben a moléculas en la atmósfera del exoplaneta. Las mediciones son muy complicadas porque la señal es muy débil. Además, la técnica de tránsito permite estudiar solo los exoplanetas que orbitan muy cerca de su estrella (menos de una unidad astronómica, ua , que representa la distancia del Sol y la Tierra).

Para detectar la luz emitida o reflejada de un exoplaneta orbitando a más de una UA de su estrella, sólo hay una solución: utilizar un coronógrafo que atenúa la luz recibida de la estrella sin afectar la del exoplaneta. Desde 2014, algunos instrumentos han escaneado las estrellas vecinas del Sol y han logrado grabar la imagen de unos quince exoplanetas, incluyendo Beta Pictoris b:


Imagen del exoplaneta Beta Pictoris b que orbita a 8ua de la estrella Beta Pictoris A, oculta en esta imagen. Crédito: Doctor Raphaël Galicher. Observatorio de París.



Sí, actualmente es imposible ver los detalles de la superficie de los exoplanetas. Estos están muy muy lejos de nosotros y ningún instrumento de hoy en día permite tener más detalles. Pero por otro lado, gracias a la espectrometría, se puede obtener la información sobre la temperatura y la composición química de la atmósfera del exoplaneta. Hasta la fecha, los quince o más exoplanetas de los que se tiene una imagen, son planetas gigantes gaseosos muy jóvenes (alrededor de 100 millones de años y al menos 1.000 veces la masa de la Tierra) que orbitan lejos de sus estrellas. Para detectar exoplanetas más ligeros y cercanos a su estrella, deberemos esperar hasta el 2020 y la próxima generación de instrumentos.

¿Y los planetas gemelos de la tierra?

No es raro leer o escuchar que se ha descubierto un nuevo exoplaneta gemelo de la Tierra, pero tales afirmaciones no son científicas porque uno tendría que ser capaz de medir el radio, la masa, el período orbital y la composición de la atmósfera del exoplaneta en cuestión. Sin embargo, ninguna técnica actual puede medir todas estas características al mismo tiempo. Y ningún exoplaneta puede observarse mediante un conjunto de técnicas que permitan todas estas medidas. Tal vez sea posible hacerlo algún día; pero mientras se espera descubrir al primer gemelo real de nuestro planeta, los astrofísicos tienen una ardua tarea. Sin duda el estudio de la diversidad de los exoplanetas permite comprender cómo se forman estos objetos y, en consecuencia, cómo se formó nuestro sistema solar.

Fuentes:

https://www.obspm.fr/-observatoire-de-paris-.html?lang=fr

https://www.obspm.fr/deja-4-000-exoplanetes.html?fbclid=IwAR2pzdIFmURqWhGITlG-U54DDB154itmyGk7J5xf1GUjgE_Y0CYx-y3wGIw&lang=fr

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