¿Cómo se detecta un exoplaneta?

Para continuar con la temática exoplanetaria dada la reciente detección de Próxima Centauri b, hoy les contaré brevemente cómo hacen los astrónomos para detectar planetas alrededor de estrellas lejanas. Antes de los detalles técnicos, un poco de historia :-) En 1995, Michel Mayor y Didier Queloz descubrieron al famoso 51 Peg b, también llamado Dimidio, que pasó a la historia como el primer exoplaneta*. Recordemos que un exoplaneta es un planeta detectado fuera de nuestro Sistema Solar. La mayoría de las veces estos planetas se detectan alrededor de otras estrellas, aunque también existen planetas "huérfanos" que yerran por el espacio exterior... Sin embargo, los 2 primeros exoplanetas fueron detectados en 1992 alrededor de una estrella masiva de tipo púlsar llamada PSR B1257+12 (o Lich para los amigos). Años después se descubrió la presencia de un tercer planeta en ese sistema (sus nombres son un poco ásperos: Draugr, Poltergeist y Phobetor). Por lo tanto, si bien se mira, hace muy poco que sabemos que existen otros planetas... Antes pensábamos que el Sistema Solar era un lugar único y ahora sabemos que existen ¡miles de sistemas planetarios en nuestra galaxia! Hoy en día estamos asistiendo a una verdadera revolución exoplanetaria.

Visión artística de Dimidio: un planeta parecido a Jupiter

pero que se encuentra mucho más cerca de su estrella

Volviendo al tema de la detección: ¿cómo se detectan los exoplanetas? Es una tarea extremadamente ardua ya que los planetas suelen ser miles de millones de veces menos luminosos y miles/millones de veces menos masivos que sus estrellas. Por ejemplo, en nuestro querido Sistema Solar la luz emitida por el Sol es mil millones de veces más potente que la luz emitida por cualquiera de los planetas. Por ende, los astrónomos tienen que recurrir en la mayoría de los casos a métodos de detección indirectos. Existen básicamente 5 métodos para detectar exoplanetas:

Bamboleo estelar alrededor
del centro de masa (+)

1- Astrometría: históricamente este fue el primer método que los astrónomos probaron para detectar exoplanetas aunque en realidad sólo dio resultados convincentes mucho después de los otros métodos. En este caso, se trata de detectar el bamboleo de una estrella debido a la presencia de un planeta a su alrededor. Esto se debe a que la estrella y el planeta en realidad orbitan alrededor del centro de masa del sistema como se puede ver en la animación acá al lado (en todo rigor, el planeta no orbita alrededor de la estrella). Este centro de masa suele estar dentro o muy cerca de la estrella por lo que la precisión de las medidas tiene que ser muy alta (~m/s). Los satélites de última generación como Hubble y Gaia por ejemplo son capaces de detectar este tipo de movimientos.

2- Velocidades radiales: el espectro de la estrella o la distribución de colores de una estrella (la firma personal de la estrella digamos) también es alterada por la presencia de un planeta. Lo que se observa es que cuando la estrella se aleja y se acerca de nosotros (debido a la gravedad del planeta) su espectro también es alterado de manera periódica. Esto se llama el efecto Doppler y es muy utilizado en astronomía para medir a qué velocidad se mueven los astros con respecto a la Tierra. Este alejamiento y acercamiento regular de la estrella nos indica que hay un planeta y cuál es su periodo orbital (o sea la extensión de su órbita). Asimismo nos da un indicio sobre su masa (mínima) y su eventual excentricidad. Si quieren visualizar este efecto, les aconsejo que hagan clic acá. Los más valientes podrán divertirse simulando curvas de velocidades radiales acá.

3- Tránsitos planetarios: seguramente todos han escuchado hablar del tránsito de Venus o de Mercurio. Esto ocurre cuando uno de estos planetas se encuentra entre el Sol y la Tierra y se lo puede observar como un circulito que obstruye una parte de la luz solar. Lo mismo se puede hacer observando estrellas muy lejanas. En este caso no se obtiene una imagen del disco estelar con un puntito (el planeta), sino que se mide una disminución de la cantidad de luz recibida. Esto permite estimar el tamaño del planeta y a veces con un poco de suerte su atmósfera.

Tres planetas detectados directamente con Keck/Gemini
alrededor de la estrella HR8799 (x).

4- Detecciones directas: en algunos casos muy raros, los planetas emiten suficiente luz para ser detectados directamente. Sí, sí, ¡directamente! Esto se logra usando un coronógrafo que es una mascarita que tapa la estrella que se está observando y permite sondear los alrededores de la estrella en busca de pequeños puntos luminosos. Este es el caso por ejemplo del HR8799 donde se han detectado tres exoplanetas como pueden ver acá a la derecha.

5- Microlentes gravitacionales: este método merece una entrada para él solito ya que está basado en la inflexión o desvío de la luz al pasar cerca de un cuerpo masivo. ¡Así es! La luz dobla al pasar cerca de un cuerpo muy masivo... Este efecto fue predicho por Einstein en el marco de la teoría de la relatividad general. En este caso, el astro y su estrella desvían la luz proveniente de una estrella que se encuentra más lejos aún. Es un método muy pero muy refinado que se suele usar para detectar galaxias y cúmulos de galaxias. Pronto escribiré más sobre este tema.

Para concluir, les cuento que el planeta Próxima Centauri b fue descubierto con el método de las velocidades radiales y que se espera poder detectar algún tránsito planetario pronto... ¡Los mantendré informados! Bueno, creo que después de esta nota disponen de los elementos necesarios para convertirse en verdaderos cazadores de exoplanetas :-) De hecho, si realmente les interesa el tema, pueden contribuir con la comunidad científica clasificando curvas de luminosidad de otras estrellas en el sitio planethunters (en inglés).

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* 51 Peg b es el primer exoplaneta detectado alrededor de una estrella de la secuencia principal. Muchas veces se omite este pequeño detalle.