Midiendo un exoplaneta con alta precisión

Midiendo el tamaño de un exoplaneta. Crédito: NASA/JPL-Caltech.

Hace apenas 30 años, los únicos planetas que los astrónomos habían descubierto se encontraban justo aquí, en nuestro propio sistema solar. La Vía Láctea está llena de estrellas, millones de ellas similares al Sol. Sin embargo, el conteo de mundos conocidos en otros sistemas estelares era exactamente de cero.

Pero unas pocas décadas pueden hacer una gran diferencia.

En el transcurso del año 2014, los astrónomos no solamente han descubierto más de mil “exoplanetas” girando alrededor de soles lejanos, sino que también están comenzando a medirlos con precisión.

Un equipo dirigido por Sarah Ballard, quien es becaria Carl Sagan de la NASA en la Universidad de Washington, en Seattle, midió recientemente el diámetro de una “súper-Tierra” y determinó que es de aproximadamente 18.800 kilómetros, con una precisión cuyo margen de error se ubica dentro de los 238 kilómetros en total, o aproximadamente un 1%; una precisión destacable para un exoplaneta ubicado a alrededor de 300 años-luz de distancia de la Tierra.

“De hecho, parece asombroso”, dice Ballard. “El paisaje de las investigaciones sobre exoplanetas ha cambiado hasta alcanzar un grado casi irreconocible desde que inicié mi posgrado en 2007”.

Para medir el planeta, llamado “Kepler-93b”, Ballard utilizó datos proporcionados por los telescopios espaciales Kepler y Spitzer de la NASA.

Primero, Kepler descubrió el planeta. Tal como se ve desde la Tierra, Kepler-93b pasa directamente en frente de su estrella, provocando así que la luz de la estrella disminuya durante el tránsito. Ese oscurecimiento, que tiene lugar una vez por órbita, es lo que permitió que los científicos de la misión Kepler descubrieran el planeta.

Luego, tanto Spitzer como Kepler registraron múltiples tránsitos en longitudes de onda visibles y en el infrarrojo. Los datos aportados por los observatorios concordaron: Kepler-93b era realmente un planeta y no un artefacto de variabilidad estelar. Posteriormente, Ballard supo que observando cuidadosamente la curva de la luz podría calcular el tamaño del planeta en relación a la estrella.

En ese punto, la única pieza que faltaba era el diámetro de la estrella misma.

“La precisión con la que medimos el tamaño del planeta está directamente vinculada con nuestra medición de la estrella”, dice Ballard. “Y medimos la estrella utilizando una técnica llamada ‘asterosismología’”.

La mayoría de las personas han escuchado de la “sismología”: el estudio de las ondas sísmicas que se mueven a través de la Tierra. “Podemos aprender mucho sobre la estructura de nuestro planeta estudiando las ondas sísmicas”, dice ella.

La asterosismología es lo mismo, pero aplicado a las estrellas: Las capas externas de las estrellas hierven como el agua que se calienta en una olla. Esos movimientos convectivos crean ondas sísmicas que rebotan dentro del núcleo, causando así que la estrella suene como una enorme campana. Kepler puede detectar esas “campanadas”, que se muestran bajo la forma de fluctuaciones en el brillo de una estrella.

El profesor Bill Chaplin de la Universidad de Birmingham, y colega de Ballard, dirigió el análisis asterosísmico de Kepler-93b. “Al analizar las funciones sísmicas de la estrella, fue capaz de deducir su radio y su masa con una precisión de un uno por ciento”, dice Ballard.

Las nuevas mediciones confirman que Kepler-93b es un exoplaneta del tamaño de una “súper-Tierra”, con un diámetro (unos 18.800 km) de aproximadamente una vez y media el tamaño de nuestro planeta. Las mediciones previas llevadas a cabo por el Observatorio Keck, en Hawái, habían determinado que la masa de Kepler-93b era de alrededor de 3,8 veces la de la Tierra. La densidad del planeta, que se dedujo a partir de su masa y de su radio recién descubiertos, sugiere que el planeta muy probablemente esté compuesto de hierro y roca, como la Tierra misma.

Por otro lado, Kepler-93b se encuentra muy cerca de su estrella; a un sexto de la distancia a la que Mercurio está del Sol. Debido a esto tiene una temperatura de alrededor de 760 grados Celsius, por lo que es demasiado caliente para la vida.

A pesar de que las súper-Tierras son comunes en la galaxia, ninguna de ellas existe en nuestro sistema solar. Eso hace que sea difícil estudiarlas. El equipo de Ballard ha demostrado, sin embargo, que es posible aprender mucho sobre un exoplaneta, incluso cuando éste se encuentra muy lejos.

Fuentes: PlanetQuest, Science@NASA