La semana pasada pudimos conocer los resultados preliminares del telescopio espacial Kepler y todavía nos estamos recuperando de la noticia. Ahora sabemos que existen nada más y nada menos que 1235 candidatos a exoplanetas orbitando unas 997 estrellas situadas en el campo de visión del satélite. Entre esa pléyade de posibles planetas, destacan 54 mundos potencialmente habitables, cinco de los cuales podrían tener un tamaño inferior a dos radios terrestres. O lo que es lo mismo, por primera vez sabemos que existen mundos similares a la Tierra.

¿Cómo serán esos mundos habitables? (Dan Durda).

Pocas veces aquellos que viven un suceso histórico son conscientes de su importancia. Los humanos somos así, necesitamos tiempo para valorar las cosas en su justa medida. No en vano, los contemporáneos de Colón pensaban que éste se había limitado a viajar hasta Asia usando una ruta un tanto peculiar. Y todos los que fueron testigos de las misiones Apolo creían que estaban ante un hecho  predecible. Espectacular, sí, pero predecible y rutinario. Porque, al fin y al cabo, se suponía que ése era el destino inexorable de nuestra civilización. Pero la historia decidió seguir por otros derroteros y dejó la colonización de la Luna a un lado. Sólo ahora somos capaces de reconocer la singularidad y trascendencia de esos eventos, así como la inmensa suerte que tuvieron sus protagonistas por poder participar en ellos.

Dentro de varios siglos, cuando nuestros descendientes echen la vista atrás recordarán que en nuestra época sucedió algo extraordinario. Por primera vez, la humanidad descubrió mundos similares al nuestro y supimos que la Tierra no estaba sola en el Universo. Y, justo ahora, estamos viviendo casi sin darnos cuenta ese momento trascendental de la historia.

Ya conocemos más de quinientos planetas extrasolares, pero no nos engañemos, la inmensa mayoría son planetas gigantes hostiles para la vida tal y como la conocemos. No es que esas enormes bolas de gas y hielo no sean interesantes, al contrario, son fascinantes. Pero lo que de verdad estimula nuestra imaginación es la posibilidad de descubrir mundos similares a la Tierra. Pues bien, quizás ya hemos descubierto cinco de esos mundos.

Partes de Kepler (NASA).

Los misión de Kepler

Recapitulemos. Kepler es un observatorio espacial situado en órbita solar que tiene por objetivo descubrir planetas por el método del tránsito. Este método es muy sencillo en teoría: cuando un planeta pasa por delante de su estrella, su brillo disminuye ligeramente, delatando su existencia. Desgraciadamente, resulta muy difícil llevar esta técnica a la práctica, ya que un planeta del tamaño de Urano o Neptuno sólo logra disminuir en un 0,1% el brillo de una estrella de tipo solar, mientras que un mundo como la Tierra apenas provoca un descenso del 0,01%. Además de la disminución del brillo, el tránsito durará más cuanto más lejos esté situado el planeta. Si viésemos nuestro Sistema Solar desde fuera de tal forma que los planetas desfilasen exactamente por el centro del disco solar, el tiempo de tránsito de Venus sería de 11 horas y el de la Tierra de 13 horas.

Fórmula para calcular la duración del tránsito de un exoplaneta. d* el diámetro de la estrella expresado en diámetros solares, a es el semieje de la órbita del planeta en UA y M* la masa de la estrella en masas solares. Para una estrella similar al Sol, el tiempo -en horas- es aproximadamente 13 veces la raíz cuadrada de su semieje orbital.

Gracias a la ventaja de estar situado en el espacio, libre de las interferencias atmosféricas y la rotación terrestre, Kepler mide continuamente el brillo de un total de 156453 estrellas, aunque en realidad sólo observa aquellos astros cuya magnitud estelar está comprendida entre 9 y 16. Recordemos que Kepler no puede «ver» los exoplanetas directamente, pero sí es capaz calcular su órbita y su tamaño. Si el planeta es lo suficientemente interesante, los observatorios terrestres pueden confirmar el descubrimiento usando el método de la velocidad radial, lo que permite además determinar su masa y, por tanto, su densidad media. Kepler realiza una medición del brillo de las estrellas una vez cada media hora, tiempo suficiente para construir una curva de luz que delate la presencia de un planeta. La única excepción está formada por un subgrupo de 512 estrellas cuyo brillo se registra una vez por minuto para estudios de astrosismología.

El campo de visión de los 42 detectores CCDs del Kepler y la órbita del satélite alrededor del Sol (NASA).

Los candidatos de Kepler 

Los resultados publicados la semana pasada se basan en los datos obtenidos entre el 2 de mayo y el 16 de septiembre de 2009, los cuatro primeros meses de observaciones del satélite. Se trata de resultados preliminares, por lo que los candidatos a planetas no son más que eso, candidatos, o mejor dicho, KOIs (Kepler Object of Interest), en la jerga de la misión. Es posible que muchos de estos supuestos exoplanetas sean en realidad pequeñas estrellas, enanas marrones o falsas señales. Distinguir la curva de luz de un eclipse causado por una estrella en un sistema binario de la provocada por un planeta es harto complejo y por eso Kepler necesita ayuda de los observatorios terrestres para validar los candidatos. Además, cuantos más tránsitos se produzcan, más fácil será distinguir los falsos positivos de los planetas reales. Por este motivo, se requieren tres tránsitos para asegurar estadísticamente la existencia de un planeta detectado por Kepler. Esto explica que la misión deba esperar un mínimo de tres años para confirmar la existencia de exotierras, es decir, mundos gemelos de la Tierra. O lo que es lo mismo, un planeta de tamaño terrestre que orbita una estrella similar al Sol a una distancia de 150 millones de kilómetros -una Unidad Astronómica (UA)-.

La situación de los candidatos en la zona de visión de Kepler (NASA).

Lista de candidatos en función de su tamaño (Borucki et al). 

Los 1200 candidatos a planetas de Kepler ordenados según su periodo orbital y semieje mayor (fila superior), su temperatura en equilibrio (esquina inferior derecha) y la temperatura de la estrella (esquina inferior izquierda) (Borucki et al.).

 
Histograma agrupando los distintos tamaños de los candidatos con respecto su distancia a la estrella. Predominan los más cercanos, pero no demasiado, ya que se cree que existen mecanismos de aniquilación planetaria que destruyen los mundos que orbitan muy próximos a sus estrellas (Borucki et al).

Distribución de los candidatos en función de la temperatura de la estrella (Borucki et al).

Candidatos de Kepler (arriba) comparados con los exoplanetas conocidos actualmente. Se observa un mayor número de neptunos calientes (Borucki et al.)

Sin embargo, no es necesario esperar tanto para descubrir mundos habitables alrededor de estrellas más pequeñas que el Sol (tipos espectrales K y M), ya que el periodo de traslación de un planeta en la zona habitable de estas estrellas es menor a un año terrestre. Así, mientras llegan las ansiadas exotierras, Kepler ha descubierto varios mundos potencialmente habitables. 54, para ser exactos. Pese a que la mayoría son del tamaño de Urano o Neptuno -y, por lo tanto, no aptos para la vida-, a su alrededor podrían orbitar lunas habitables.

Pandora, la luna habitable de la película Avatar, podría ser una realidad (20th Century Fox).

Efectivamente, la mayor parte de candidatos (662) son planetas del tamaño de Neptuno, pero 288 son supertierras y 68 son tienen un tamaño similar al de nuestro planeta. Estos posibles planetas orbitan estrellas de tipo solar o parecido (tipos espectrales F, G y K) y sólo una minoría giran alrededor de estrellas enanas rojas (tipo M, las más abundantes del Universo). Esto no es ninguna anomalía, ya que debemos recordar que Kepler ha sido diseñado específicamente para buscar exotierras, es decir, planetas que orbiten estrellas similares al Sol.

Temperatura superficial estimada para los 54 planetas habitables (Borucki et al.).

De entre los 54 mundos potencialmente habitables, aproximadamente cinco tienen tamaños parecidos al de la Tierra. Veamos cuáles son en la siguiente tabla:

Antes de apresurarnos a sacar conclusiones, debemos recordar una vez más que estos mundos son meros candidatos, nada más. Además, la incertidumbre en su tamaño es de un 25-35%, mientras que el cálculo de la temperatura equivalente podría variar hasta en un 22% a medida que conozcamos más datos sobre su estrella. Por otro lado, la temperatura de la superficie se ha calculado suponiendo un albedo normal y la ausencia de atmósfera. Esto último es muy importante, porque la presencia de una atmósfera ayudaría a elevar la temperatura media del planeta. Por ejemplo, la Tierra disfruta de unos 33 K adicionales gracias a la capacidad de nuestra atmósfera para absorber calor. Con estas precauciones en mente, un rápido análisis permite comprobar que el candidato llamado KOI 701.03 es el más interesante. Su temperatura media superficial es de sólo -11º C, así que probablemente será mayor si posee atmósfera. El año de esta supertierra tiene una duración de 122,4 días y orbita una estrella más pequeña que el Sol. KOI 701.03 comparte sistema con otros dos planetas que giran a poca distancia, por lo que es posible que las perturbaciones gravitatorias resultantes generen trayectorias orbitales muy peculiares.

KOI 701.03 y Gliese 581 g son de los pocos planetas potencialmente habitables que conocemos. Y ahora que la existencia de Gliese 581 g está más en duda que nunca, es muy posible que los candidatos de Kepler sean los únicos. Desgraciadamente, no sabemos si KOI 701.03 y sus hermanos existen realmente, pero dentro de unos pocos años saldremos de dudas.

Estos son los primeros candidatos a mundos habitables descubiertos por Kepler, pero no serán los últimos. A medida que se acumulen los datos, surgirán más exoplanetas similares a la Tierra. Y entre alguno de ellos encontraremos por fin el primer gemelo de nuestro planeta azul.

Llegará un día en el que conoceremos decenas de mundos similares al nuestro y hasta es posible que nos planteemos seriamente la posibilidad de viajar hasta ellos. Quién sabe. Pero de lo que sí podemos estar seguros es que vivimos en una época maravillosa. El día en el que confirmaremos por primera vez la existencia de un planeta similar a la Tierra está cada vez más cerca.

Miriada de mundos terrestres (NASA).

Referencias:

• Characteristics of planetary candidates observed by Kepler, II: Analysis of the first four months of data, Borucki et al. (ArXiV, 2 de febrero de 2011).
• Architecture and Dynamics of Kepler’s Candidate Multiple Transiting Planet Systems, Lissauer et al. (ArXiV, 2 de febrero de 2011).
• Transit Timing Observations from Kepler: I. Statistical Analysis of the First Four Months, Ford et al. (ArXiV, 2 de febrero de 2011).
• Kepler Data Search.