martes, 23 de junio de 2020

Los otros mundos - Luisa G. Jaime

12.3
Los otros mundos.
Enciclopedia galáctica.


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(Voz Carla Blánquez)





A Bárbara.


Michel Mayor estaba esperando su vuelo en el aeropuerto de San Sebastián en España, cuando, al revisar su correo electrónico una avalancha de mensajes llenaba su bandeja. Algunos mensajes le solicitaban entrevistas y otros le anunciaban que, finalmente, había recibido el Premio Nobel de Física. Digo finalmente porque era bien sabido por la comunidad que el descubrimiento que realizó, junto con Didier Queloz, valía tal reconocimiento. Ellos habían encontrado el primer exoplaneta alrededor de una estrella similar al Sol. El premio lo compartieron con James Peebles cuyo trabajo ha brindado grandes avances en el estudio de la evolución de las galaxias en el Universo a partir de las semillas que se observan en la radiación cósmica de fondo.
El motivo del premio a estos tres astrofísicos a la letra dice: “por sus contribuciones a nuestro entendimiento de la evolución del Universo y el lugar de la Tierra en el cosmos” [1]. Las dos contribuciones premiadas ese año son, sin lugar a dudas, parte de la respuesta que buscamos en ciencia a dos de las preguntas que se ha planteado la humanidad desde siempre: de dónde venimos y hacia dónde vamos. Como nos lo recuerda Carl Sagan en diferentes partes de su libro “Cosmos” [2], Giordano Bruno ya imaginaba otros mundos en otras estrellas, con sociedades más o menos parecidas a la nuestra y donde, también, se podrían estar planteando estas mismas preguntas. Mucho conocimiento se construyó desde que Giordano fuera quemado en la hoguera por sus afirmaciones hasta que el libro de Sagan vio la luz en 1980. Quince años después, en 1995, Mayor y Queloz, publican en la prestigiosa revista “Nature” la anhelada confirmación. Han medido la presencia de un planeta orbitando una estrella como el Sol [3]. Gracias a los avances científicos y tecnológicos en la instrumentación astronómica encuentran que la velocidad de la estrella Pegaso 51 presenta un periodo de 4 días, con base en esta información se calcula que tal variación se debe a la presencia de un planeta gigante, tipo Júpiter, que se encuentra orbitando muy cerca de ella. A este planeta primero lo llamaron Belerofonte, el jinete de Pegaso, la alada criatura mitológica. Actualmente este exoplaneta es conocido como Pegaso 51 b, obedeciendo a la convención adoptada para nombrar a los exoplanetas.
Con base en cálculos matemáticos se pudo encontrar a este planeta sin necesidad de observarlo directamente pero aún así marcó un antes y un después en la astrofísica planetaria, pues además de confirmar el sueño de Giordano rompió el de muchos astrónomos. Los modelos que se tenían en ese momento para la formación de planetas buscaban algo que nos parecía natural, que los planetas gigantes y gaseosos se encontraran en las órbitas externas mientras que los pequeños y rocosos estuvieran más cerca a su estrella. Y esto era natural porque buscábamos algo similar a lo que observábamos en nuestro propio Sistema Solar, el mismo Sagan menciona que lo contrario sería poco probable.
Muchas investigaciones se han llevado a cabo desde ese descubrimiento y una pregunta en particular es la que nos llama a escribir este pequeño artículo: Cómo cambia la estimación en la ecuación de Drake [4] al considerar que un 70% de las estrellas se encuentran en sistemas múltiples, la mayoría de ellos, dobles [5]. Los cálculos que hace Sagan en la edición de 1980 de Cosmos, considera que un tercio de las estrellas de La Vía Láctea tendrían planetas, que cada uno de los hipotéticos sistemas planetarios sería conformado por diez planetas y que, al menos, dos de ellos serían habitables. Estos números resultan esperanzadores.
Cuando nos referimos a sistemas estelares binarios, es muy restringida la zona en la que puede moverse un planeta pues la fuerza de dos estrellas se encuentra en una constante lucha, jalando de allá para acá a las partículas que eventualmente lograrán construir un planeta. Encontrar las condiciones de movimiento adecuadas no es un problema trivial, de hecho, es una variación del famoso problema de los tres cuerpos, el cual no tiene una solución analítica. Una de las estrategias que podemos emplear para resolverlo es suponer que la masa de las estrellas es mucho más grande que la masa de, digamos, una partícula que se mueva bajo la influencia de ellas. A partir de esa suposición podemos construir un programa de computadora que nos ayude a encontrar las zonas en las que un planeta pudiera vivir por mucho tiempo [6, 7]. A la zona que se dibuja después de miles y miles de evoluciones le llamamos zona dinámicamente viable. La siguiente restricción a la ecuación de Drake vendrá de la zona en la que un planeta tipo Tierra pueda mantener agua en estado líquido [8], esta condición puede ser muy diferente a la que se tiene cuando consideramos sólo una estrella que ilumina al planeta. Al tener dos estrellas, la temperatura podrá subir mucho cuando los astros se encuentren muy cerca del planeta y, por otro lado, bajar demasiado al alejarse de ambas estrellas. A la zona que mantiene un equilibrio entre caliente y frío, permitiendo que el agua se mantenga líquida, se le llama zona habitable. La condición de viabilidad dinámica y de habitabilidad debe satisfacerse simultáneamente para considerar que un hipotético planeta tipo Tierra pudiera ser considerado como un candidato a desarrollar vida (Ver figura).
En una muestra de 161 binarias de la vecindad Solar de las que conocemos características como la masa de cada estrella, su periodo y la excentricidad de su órbita [9] solamente 64 (40%) tienen masas similares a la del Sol. Haciendo el análisis de viabilidad dinámica y habitabilidad cerca del 60% de esta muestra de 64 estrellas cumplen con tener una zona completamente viable [10]. Sobre la cantidad de planetas alrededor de cada una de las estrellas (o de ambas), aún no podemos dar una estimación. Lo que sabemos es que de los 4268 exoplanetas que aparecen en la página exoplanet.eu [11], solamente una parte muy pequeña pertenece a sistemas de más de un planeta, sin embargo esto es muy probable que sea solamente un sesgo observacional y que en efecto, lo común sea que se formen conjuntos de varios planetas alrededor de una estrella.

(Arriba) Los puntos negros representan la posición de cada una de las estrellas. Los círculos rojos representan el radio máximo que pueden alcanzar las órbitas de los planetas mientras que la zona gris simboliza la zona habitable. (Abajo) Es un acercamiento a la estrella secundaria (la más pequeña) donde se muestra que la zona habitable queda completamente contenida en la zona dinámicamente viable. Nota. Alrededor de la estrella primaria (la más grande) no podrá existir un planeta habitable. Esta figura está hecha para el sistema binario HIP 80346 (ver Ref. [10])


La estimación de Sagan sobre planetas habitables se verá modificada. De 161 sistemas dobles (es decir 322 estrellas), Sagan esperaría que ⅓ tuvieran planetas y que cada una albergara dos planetas habitables. Mantengamos ese dos ante la falta de evidencia contundente que nos revele si es una buena estimación o no. Con las cuentas de Sagan esperaríamos 214 planetas habitables. A pesar de que hay muchos otros componentes en la ecuación de Drake, con base en el análisis que hemos presentado (conservando el factor de 2) serían 76 los planetas habitables esperados, 65% menos mundos que en la estimación de Sagan. Sin embargo hemos ganado mucho en cuanto a la posibilidad de planear las observaciones pues con esto lograríamos estimar si vale la pena utilizar el valioso tiempo de los telescopios en busca de planetas alrededor de un sistema binario particular.
La ciencia se encuentra en constante evolución. El martes pasado (26 de mayo 2020) se anunció la confirmación de que hay un planeta similar a la Tierra, de aproximadamente unas 1.3 masas terrestres, orbitando a Próxima Centauri, la estrella más cercana a nosotros [12]. A pesar de encontrarse en una órbita muy cercana a su estrella, ésta es mucho menos luminosa que nuestro Sol lo que le permitiría mantenerse en una zona habitable. 4.2 años luz nos separan de ese planeta. Si bien la posibilidad de vida en Próxima Centauri b es más bien remota, su cercanía pone sobre la mesa la discusión de los posibles viajes interestelares no tripulados que serían posibles con una tecnología no mucho más sofisticada de la que tenemos hoy en día. Ayer (31 de mayo 2020), Space-X en colaboración con la NASA [13], envió dos personas a la estación espacial en una nave que está siendo desarrollada para, eventualmente, enviar humanos a nuestro vecino Marte. Los viajes a otros mundos ya no son ciencia ficción. Sagan cuestiona continuamente la condición humana y se pregunta si seremos capaces de sobrevivir nuestra adolescencia como especie, sin destruirnos unos a otros. Hoy, estamos en medio de una pandemia que ha detenido al planeta entero [14], los escenarios económicos no pintan nada bien y marcan de manera muy dolorosa las enormes desigualdades de la sociedad que hemos construido. Las calles del país de Sagan arden en este momento en protesta contra la violencia racista [15].
Nuestro cotidiano tampoco es ciencia ficción... aunque parece.


Referencias:
[1] The Nobel Prize in Physics 2019. NobelPrize.org. Nobel Media AB 2020. Mon. 1 Jun 2020.
[2] Sagan, C. (1980), Cosmos, Random Hause. EEUU.
[3] M. Mayor & D. Queloz, Nature,volumen 378, página 355, 1995.
[4] Sagan, C & Drake, F (1975). The Search for Extraterrestrial Inteligence. Scientific American Volumen 232. pp.80-89.
[5] Duquennoy, A. & Mayor, M. (1991) Multiplicity among solar-type stars in the solar neighbourhood. II - Distribution of the orbital elements in an unbiased sample.  Astronomy and Astrophysics,  Volumen 248, p. 485.
[6] Pichardo, B., Sparke, L. & Aguilar, L. (2008) Geometrical and physical properties of circumbinary discs in eccentricstellar binaries2 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volumen 391,815–824
[7] Pichardo, B., Sparke, L. & Aguilar, L. (2008), Circumstellar and circumbinary discs in eccentric stellar binaries. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volumen 359, Issue 2, pp. 521-530.
[8] Kopparapu, R. K.  et al. (2013) Habitable Zones around Main-sequence Stars: New Estimates . The Astrophysical Journal, Volume 765, Issue 2, article id. 131, pp.
[9] Jaime, L. Pichardo, B. Aguilar, L. (2012) Regions of dynamical stability for discs and planets in binary stars of the solar neighbourhood. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 427, Issue 4, pp. 2723-2733.
[10] Jaime, L. Aguilar L. & Pichardo, B. (2014) Habitable zones with stable orbits for planets around binary systems. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 443, Issue 1, p.260-274
[11] The The Extrasolar Planets Encyclopaedia, (consultado el 31 de Mayo de 2020). http://exoplanet.eu/
[12] Suárez Mascareño, A. (2020) Revisiting Proxima with ESPRESSO, arXiv:2005.12114
[13] Smith Y. Editor (2020) Demo-2 Launch: Setting Forth on a Historic Journey
[15] New York Times (Junio 1, 2020) https://www.nytimes.com/


Luisa G. Jaime.
Doctora en Ciencias (Astronomía).
Investigadora Postdoctoral, ININ – México.


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