Grandes retos del siglo XXI. Отсутствует

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      CIENCIA

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      FÍSICA: ASTRONOMÍA EN EL SIGLO XXI

Luis F. Rodríguez^*

       INTRODUCCIÓN

      A través de los siglos, la astronomía ha enfrentado retos que ha logrado resolver a veces de manera aparentemente completa y en ocasiones de manera parcial. En realidad, los logros de la ciencia son engañosos. Durante varios siglos se creyó que las leyes de Newton describían perfectamente el movimiento de los planetas alrededor del Sol, hasta que a principios del siglo XX quedó claro que eran sólo una aproximación espléndida y que una descripción más exacta requería de la relatividad general. La ciencia parece ser una búsqueda sin final de un conocimiento que es cada vez más exacto, pero nunca perfecto.

      Con esto en mente, podemos preguntarnos cuáles son los grandes retos que enfrenta la astronomía contemporánea. Como es de esperarse, son muchos, pero se escogerán dos por un par de razones: en primer lugar, se trata de temas que son investigados por un buen número de astrónomos, lo cual apoya su importancia. ¿A qué nos referimos con un buen número de astrónomos? En el mundo hay alrededor de 15 000 astrónomos profesionales. Estimo que los temas que trataremos atrapan cada uno la atención de alrededor de un millar de astrónomos. En segundo lugar, estos temas van de lo muy pequeño (astronómicamente hablando) a lo muy grande. Así, enmarcan todas las escalas físicas que interesan a los astrónomos.

      ¿Cuáles son estos dos temas? El primero es la búsqueda, en estrellas fuera de nuestro sistema solar, de planetas similares a la Tierra, que incluso podrían ser habitables o estar ya habitados por alguna forma de vida. El segundo tema es el estudio de los llamados componentes oscuros del universo, la materia oscura y la energía oscura, que dominan el movimiento de las cosas en las grandes escalas de las galaxias y del mismo universo como un todo.

       LA BÚSQUEDA DE PLANETAS TERRESTRES

      Nuestro sistema solar está formado por el Sol, ocho planetas y un gran número de cuerpos menores (planetas enanos, satélites naturales, asteroides, cometas, etc.). Hasta donde sabemos, sólo la Tierra contiene vida. Marte ha sido estudiado por varios robots y no parece tener vida. Entonces, existen razones tanto astronómicas como biológicas para plantearse la pregunta de si existen planetas similares a la Tierra alrededor de las estrellas que vemos en el firmamento. Hasta hace un par de décadas había sido imposible realizar esta búsqueda. Los planetas son cuerpos insignificantes comparados con las estrellas y es muy difícil establecer su presencia. Aun el más grande de los planetas del sistema solar, Júpiter, pesa aproximadamente sólo una milésima de lo que pesa el Sol y su diámetro es 10 veces más pequeño. Así como Júpiter es insignificante respecto al Sol, la Tierrra es insignificante respecto a Júpiter, puesto que pesa 300 veces menos y su diámetro es una décima parte del de Júpiter. Más aún, los planetas son cuerpos oscuros, sin luz propia, que sólo brillan porque reflejan la luz del Sol. En contraste, las estrellas son cuerpos que producen grandes cantidades de luz y que pueden verse, incluso a simple vista, a través de las distancias interestelares.

      La identificación de cuerpos externos al sistema solar que pudieran considerarse planetas se hizo por primera vez en 1992, cuando se detectó un sistema de dos planetas alrededor del pulsar clasificado como psr 1257+12. El problema es que los púlsares son estrellas muertas que se formaron de la explosión de lo que fue una estrella mucho más grande que el Sol, y nadie esperaba hallar planetas en un ambiente tan hostil. Desde entonces, se han encontrado planetas alrededor de un púlsar (el caso de psr B1620-26). Estos resultados no recibieron gran atención, y no fue sino hasta 1995 cuando los astrónomos suizos Michel Mayor y Didier Queloz anunciaron la detección de un exoplaneta que orbitaba la estrella 51 Pegasi, una estrella parecida al Sol. Los planetas son extremadamente difíciles de ser detectados directamente y la técnica que usaron Mayor y Queloz fue estudiar el movimiento de la estrella con respecto a nosotros. A esta técnica se le conoce como de la velocidad radial (la componente de la velocidad de la estrella con respecto a la línea de visión hacia ella). Debido a la presencia del planeta, la estrella presenta un pequeño cabeceo, que es posible detectar con telescopios y detectores lo suficientemente sensitivos.

      Una vez que quedó claro que la técnica de medir la velocidad radial de la estrella permitía inferir la existencia de planetas, así como determinar la masa y distancia de éstos a su estrella, se desarrolló una cacería de exoplanetas desde distintos observatorios en el mundo. Esta cacería fue muy exitosa, y para principios de la primera década del siglo XXI ya se conocían varios cientos de exoplanetas. El problema es que estos exoplanetas eran predominantemente cuerpos parecidos a Júpiter y además muy cercanos a su estrella, por lo que se les bautizó como “Júpiteres calientes”. ¿Qué estaba ocurriendo? ¿Sería que en el Universo no existían o casi no existían planetas como la Tierra? No era éste el caso, sino que estábamos ante un ejemplo de lo que se conoce como “sesgo observacional”. Los movimientos de la estrella son mayores y por lo tanto más fáciles de detectar conforme el planeta es más grande y más cercano a ésta. Para aclarar lo anterior, digamos que este sesgo sería equivalente a un pescador que tira al mar una red con agujeros de 10 centímetros y acaba concluyendo que no hay peces más chicos que 10 centímetros.

      Los planetas tipo Júpiter son enormes esferas de gas (mayoritariamente hidrógeno y helio) que no tienen superficie sólida; en consecuencia, no podrían sostener la vida, como ocurre en la Tierra, que tiene superficie sólida.

      Era entonces necesario buscar otra técnica que favoreciera, o al menos permitiera, la detección de pequeños planetas como la Tierra. Esta técnica resultó ser la del tránsito del planeta frente a la cara de la estrella. Si la órbita del planeta está en la orientación adecuada, cada vez que complete una vuelta pasará enfrente de la estrella y disminuirá por una pequeña fracción el brillo de ésta. Los planetas son mucho más pequeños que las estrellas y estos tránsitos no pueden producir un eclipse total, sino sólo una pequeña disminución del brillo estelar. Es importante aclarar que todo esto se ve desde la Tierra como un punto de luz que disminuye repetitivamente, con cada paso del planeta. No podemos distinguir al planeta de la estrella. Para explorar las posibilidades de esta técnica, la nasa puso en órbita en el año 2009 al satélite Kepler. Esta misión ha sido todo un éxito. Para 2013 lleva descubiertos más de un centenar de exoplanetas, entre ellos algunos de los mejores candidatos a planetas parecidos a la Tierra. Un ejemplo muy reciente es la estrella llamada Kepler 62, a la cual se le han detectado cinco planetas, todos con dimensiones similares a la Tierra (con radios que van de 0.54 a 1.95 del de la Tierra). Pero, de forma más interesante aún, los dos planetas más externos (conocidos como Kepler 62e y Kepler 62f) están en lo que se conoce como la zona habitable de su estrella. ¿Qué es la zona habitable?

      La vida como la conocemos requiere de agua líquida. A la presión de una atmósfera terrestre, el agua está líquida entre los 0°C y los 100°C. Por debajo de ese intervalo se hace hielo y por encima vapor de agua. Entonces, un primer criterio para que un planeta sea considerado habitable es que su temperatura esté en este intervalo. Si un planeta está demasiado cerca de su estrella, estará demasiado caliente, mientras que si está demasiado lejos, estará demasiado frío. Como diríamos en México: “Ni tanto que queme al santo, ni tan poco que no lo alumbre”. Este criterio de temperatura define una banda alrededor de la estrella que se conoce como la zona habitable. En el caso del Sol, la zona habitable abarca Venus, la Tierra y Marte.

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