Los otros mundos.
Enciclopedia galáctica.
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
[14]
Organización Mundial de la Salud. https://www.who.int/es/emergencies/diseases/novel-coronavirus-2019
Luisa G. Jaime.
Doctora
en Ciencias (Astronomía).
Investigadora
Postdoctoral, ININ – México.
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