Por qué es noticia que la sonda Kepler haya descubierto dos nuevos planetas saturnianos

Muchos medios [1] se han hecho eco del descubrimiento de dos planetas extrasolares similares a Saturno gracias a la sonda espacial Kepler que lanzó el año pasado la NASA. Se han encontrado más de 400 planetas extrasolares, luego la noticia parece que debería tener poco interés. Sin embargo, la NASA ha anunciado dicho descubrimiento en una rueda de prensa. ¿Por qué el descubrimiento de los planetas Kepler-9b y Kepler-9c es importante? El artículo técnico ha sido aceptado en la prestigiosa revista Science [2], pero creo que eso no es suficiente. Yo creo que hay dos razones fuertes para ello. La primera es que la sonda Kepler ha detectado por primera vez dos planetas en la misma estrella (una estrella tipo solar bautizada Kepler-9), su primer sistema planetario. Y la segunda es que aparte de los dos planetas saturnianos, las sonda Kepler ha detectado a Kepler-9a, una supertierra con una masa de solo 1’5 veces la masa de la Tierra [3]. La evidencia sobre la existencia de Kepler-9a es indirecta, aún así, Kepler fue lanzado al espacio para buscar planetas del tamaño de la Tierra y es una gran noticia que ya haya encontrado el primero. ¿Por qué son interesantes los planetas con un tamaño similar a la Tierra? Porque hoy en día creemos que son los que tienen más probabilidades de albergar vida.

Kepler está diseñado para detectar planetas de tamaño terrestre gracias a la medición de cambios muy pequeños en la intensidad de la luz que nos llega de una estrella durante un “tránsito”, cuando el planeta pasa entre nosotros y la estrella. Kepler está poniendo su atención en estrellas similares a nuestro Sol. Kepler-9a (si futuras medidas confirman su existencia) es el planeta más pequeño que Kepler ha encontrado hasta el momento y se ha detectado de forma indirecta. La sonda Kepler ha observado el tránsito de dos planetas del tamaño de Saturno, Kepler-9b y Kepler-9c. Para la sorpresa de los investigadores, estos dos planetas son tan grandes que su tránsito deja una señal muy clara que permite determinar con detalle su masa y los parámetros de su órbita. Uno de los planetas parece estar acelerándose y el otro parece estar desacelerando. Más aún, uno tiene un periodo orbital de 19 días y el otro un periodo de 38 días, exactamente el doble, es decir, sus órbitas están en una resonancia 2:1. Simulaciones numéricas de sus órbitas han demostrado que esta configuración es estable durante varios miles de millones de años. Además, también gracias a las simulaciones numéricas de esta resonancia lo más probable es que los dos saturnianos sean coplanares lo que permite restar de las curvas de luminosidad sus tránsitos. Al hacerlo ha aparecido la sorpresa, se ha descubierto una pequeña señal, cuyo origen parece ser el planeta de tamaño terrestre Kepler-9a.

Kepler-9a no es el planeta más pequeño que se ha detectado hasta el momento, pero sí es el más pequeño que ha detectado en una estrella similar a nuestro Sol. Hay muy pocas probabilidades de que Kepler-9a albergue vida ya que es muy caliente porque está muy cerca de su estrella, que órbita en menos de dos días. Los dos saturnianos también están muy cerca de su estrella, más cerca que Mercurio de nuestro Sol. En una revista internacional del prestigio de Science no se puede afirmar que Kepler-9a sea un nuevo planeta sin una confirmación posterior (podría ser un falso positivo). Kepler-9a es solo un “candidato” a planeta terrestre. Su periodo de solo 1’6 días ha permitido estudiar muchos tránsitos. Pero en la actualidad no se puede descartar que se trate de una supermancha solar. La estrella Kepler-9, que se encuentra a 700 parsecs de distancia, unos 2000 años luz, de la Tierra es más activa que el Sol por lo que se espera que presente manchas solares más grandes que nuestro Sol. Gracias a la observación de estas manchas solares se cree que tiene un periodo de rotación entre 16 y 17 días. Pero las medidas son todavía imprecisas. Habrá que esperar unos meses hasta que Kepler-9a sea confirmado o refutado por nuevas medidas.

[1] Agencia EFE, “Descubiertos dos nuevos planetas similares a Saturno. Orbitan alrededor de una estrella, según la NASA, y han sido nombrados como Kepler 9b y Kepler 9c. Se encuentran a 2.000 años luz de la Tierra,” La Vanguardia, 26 Agosto 2010 [visto en Menéame, ya en portada].

[2] Matthew J. Holman et al., “Kepler-9: A System of Multiple Planets Transiting a Sun-Like Star, Confirmed by Timing Variations,” Science, Published Online August 26, 2010. Parte de la información de esta entrada se ha recogido de la entrevista a M.J. Holman en el siguiente podcast, que recomiendo

[3] La figura que abre esta entrada está extraída de Niall Firth, “Kepler probe finds two Saturn-sized planets orbiting a single star 2,000 light years away,” DailyMail, 27th August 2010.

Muchos planetas extrasolares gigantes son más ligeros que el agua

Si todos los planetas extrasolares jovianos (gigantes gaseosos como Júpiter) se colocaran en una piscina de agua virtual gigantesca quizás nos sorprendería que muchos de ellos flotarían, aunque no todos. Sorprende porque la teoría “oficial” indica que dichos planetas deberían ser más densos de lo que las medidas astronómicas indican. ¿Por qué flotan? Tienen que poseer en su interior sólido alguna fuente de calor capaz de retardar la contracción gravitatoria que incrementaría su densidad por encima de la del agua. En otras palabras, estos planetas gigantes son más gigantes (tienen un radio mayor) de lo que deberían ser debido al calentamiento de su núcleo. La hipótesis más razonable es que la causa son las fuerzas de marea gravitatorias ejercidas por sus estrellas, más cercanas a ellos que nuestro Sol a Júpiter. En ciencia ha pasado muchas veces. Unos pocos datos experimentales (lo que sabemos de los planetas del Sistema Solar) nos hace inducir leyes que se caen por su propio peso cuando aumenta el número de datos experimentales disponibles. Lo que nos parecía evidente, porque lo teníamos delante de las narices desde hace unos siglos, resulta que es excepcional y lo normal es algo completamente diferente. Lo que sabíamos sobre los posibles planetas extrasolares ha cambiado una barbaridad desde que se descubrieron los primeros, y sigue cambiando. La teoría del calentamiento por fuerzas de marea todavía es una hipótesis razonable, razonable, pero nada más. Aún así, lo que está claro es que sabemos muy poco sobre la formación y evolución de los grandes planetas gaseosos. Como digo muchas veces, tiempo al tiempo. Nos lo cuenta Pin-Gao Gu, “Extrasolar planets: Larger than they ought to be,” Nature 465: 300–301, 20 May 2010, haciéndose eco del artículo técnico de Laurent Ibgui , Adam Burrows, David S. Spiegel, “Tidal Heating Models for the Radii of the Inflated Transiting Giant Planets WASP-4b, WASP-6b, WASP-12b, WASP-15b, and TrES-4,” The Astrophysical Journal 713: , Number 2 [gratis en ArXiv].

Estrellas, litio y búsqueda de vida inteligente en exoplanetas

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En la “Resolución computacional de la paradoja de Fermi por Carlos Cotta de la Universidad de Málaga,” 22 Julio 2009, Carlos proponía un proceso de búsqueda de vida en nuestra galaxia basado en recorrer “aleatoriamente” estrellas, buscar si tienen planetas, y observar en dichos planetas alguna señal de vida inteligente. Obviamente, todos pensamos que una búsqueda de ese tipo estará sesgada, sólo se buscará vida en las estrellas en las que esperamos que haya vida. Todavía no se sabe qué características del espectro de una estrella garantizan que tiene un sistema planetario suficientemente antiguo como para que pueda haber vida y vida inteligente. El nuevo trabajo que se ha publicado esta semana en Nature realizado por científicos del Instituto Astrofísico de Canarias (IAC) es un primer paso hacia dicho objetivo: caracterizar mediante el espectro de la luz emitida por una estrella si dicha estrella tiene planetas suficientemente antiguos como para albergar vida inteligente. Es un primer paso y este problema requerirá mucho más tiempo para ser resuelto. En español podéis leer sobre dicho estudio en muchos foros, yo recomiendo a Kanijo, “El litio, nueva clave para la búsqueda de sistemas planetarios,” Ciencia Kanija, 12 Nov. 2009, basado en una nota de prensa del IAC con el mismo título del 11 Nov. 2009. Los interesados en detalles algo más técnicos pueden recurrir a la excelente exposición de Marc Pinsonneault, “Astrophysics: A fossil record for exoplanets,” News & Views, Nature 462: 168-169, 12 Nov. 2009, o incluso al artículo técnico de Rafael Rebolo y sus coautores, que en este tipo de temas suele ser legible, Garik Israelian (IAC), Elisa Delgado Mena (IAC), Nuno C. Santos, Sergio G. Sousa (IAC), Michel Mayor, Stephane Udry, Carolina Domínguez Cerdeña (IAC), Rafael Rebolo (IAC) & Sofia Randich, “Enhanced lithium depletion in Sun-like stars with orbiting planets,” Letter, Nature 462: 189-191, 12 November 2009.

Las dos figuras que abren esta entrada son, en mi opinión, las más reveladoras de los artículos de Pinsonneault (izquierda) e Israelian et al. (derecha). Como muestra la figura de la izquierda, la abundancia de litio nos permite diferenciar entre estrellas tipo solar jóvenes y viejas. Más aún, el nuevo estudio ha encontrado que también permite diferenciar entre las que tienen planetas (sistemas planetarios) y las que parece que no los tienen. En la figura de la derecha se muestran las estrellas con planetas como puntos rojos, las que no los tienen con círculos negros y nuestro Sol con un punto negro rodeado de un círculo rojo. Como véis la abundancia de litio, con los datos actuales, parece una condición suficiente en estrellas viejas para la existencia de planetas, pero no parece, como dirían los matemáticos, una condición necesaria. Estudios futuros refinarán estos resultados y quizás cuantificarán las posibilidades de que una estrella albergue vida o incluso vida inteligente mirando sólo su espectro.

La abundancia de litio en la superficie del Sol es 140 veces menor que la habitual en una protoestrella del mismo tipo, aunque la temperatura de la zona convectiva o manto solar, debajo de la superficie hasta el borde del núcleo, no permite el consumo de litio. ¿Pasa lo mismo con otras estrellas de tipo solar? El nuevo estudio muestra que las estrellas de tipo solar presentan un porcentaje de litio muy bajo en su superficie cuando tienen planetas a su alrededor y no tan bajo cuando no los tienen.

¿Por qué la abundancia de litio superficial está relacionada con la presencia de planetas? El combustible natural de una estrella tipo solar es el hidrógeno, por lo que la abundancia de litio es un buen indicador de la edad de una estrella. Las viejas han consumido mucho hidrógeno que han convertido en elementos más masivos, como el litio. Pero la cantidad de litio encontrada en este estudio en estrellas con sistemas planetarios es mucho menor de la que se esperaría en función de su edad. ¿Dónde ha ido a parar dicho litio faltante? El poco litio en la superficie sugiere que la superficie de la estrella ha estado más caliente en el pasado (unos 2.5 millones de Kelvin) de lo que actualmente está. Se estima que decrece de unos 2 millones de Kelvin cerca del núcleo a unos 6.000 K en la superficie, siendo esta estructura térmica de la estrella bastante bien conocida gracias a los modelos teóricos y las medidas sísmicas.

¿Cómo puede haber influido el nacimiento de los planetas en un calentamiento temprano de la superficie solar? El disco de acreción alrededor de la protoestrella, a partir del cual se ha formado el sistema planetario, está en rotación y produce fricción que calienta la superficie de la estrella. Se cree que dicho calor puede ser la causa del consumo de litio. Cuando el sistema planetario se ha formado y el disco de acreción ha sido expulsado a los confines del sistema solar (formando un cinturón de Kuiper), la temperatura de la superficie  disminuye, pero el defecto de litio se sigue observando.