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Un planeta terrestre a la deriva

No todos los planetas giran alrededor de una estrella: algunos «flotan» libremente por el espacio interestelar tras haber sido expulsados de sus sistemas de origen. Durante decenios, los astrónomos han intentado estudiar estos esquivos mundos errantes, con la esperanza de hallar pautas en su tamaño y número que pudieran revelar detalles sobre cómo surgen y evolucionan los sistemas planetarios.

Hasta la fecha solo se conocen un puñado de esos planetas interestelares, y la mayoría de ellos son gigantes gaseosos. Pero ahora los investigadores creen haber encontrado uno lo bastante pequeño —incluso menor que la Tierra— como para ser rocoso. Si se confirma que no está ligado a ninguna estrella, ese objeto (cuya masa se sitúa entre las de Marte y la Tierra) se convertiría en el planeta errante más pequeño jamás observado. Sin embargo, encontrar ese tipo de mundos podría convertirse pronto en algo rutinario, gracias al próximo telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA (anteriormente conocido como WFIRST), cuyo lanzamiento está previsto para mediados de la década de 2020.

La mayoría de los métodos para buscar exoplanetas se basan en observar cambios sutiles en la luz de una estrella que delaten la presencia de un compañero en órbita. Pero en el caso de los mundos que flotan libremente, evidentemente, no hay ninguna estrella. 

Para hallar esos planetas extraviados, los astrónomos recurren a una peculiaridad de la teoría de la relatividad general de Einstein: todos los objetos masivos deforman el espaciotiempo a su alrededor (para intentar comprenderlo, podemos pensar en el estiramiento que causaría una bola pesada al depositarla sobre una lámina de film transparente) y pueden actuar como lentes que amplifican fuentes de luz distantes. Cuando un planeta situado en primer plano está alineado de manera adecuada con una estrella de fondo, este efecto intensifica ligeramente el brillo del astro. Los astrónomos usaron por primera vez esta técnica de las «microlentes gravitatorias» para localizar agujeros negros.

De los aproximadamente 100 planetas encontrados hasta la fecha mediante el método de las microlentes, solo cuatro han sido identificados como errantes. El resto son mundos que giran alrededor de sus estrellas en órbitas tan grandes que, por lo general, eluden la detección mediante otras técnicas habituales de búsqueda de planetas.

No es imposible que el pequeño mundo recién descubierto, bautizado como OGLE-2016-BLG-1928, esté unido a una estrella, pero entonces su órbita debería ser al menos 8 veces mayor que la de la Tierra. Aún harán falta algunos años para confirmar de manera definitiva que el planeta flota libremente: el tiempo suficiente para que cualquier estrella anfitriona (si existiera) cambiase de posición y se separase de la estrella de fondo, permitiéndonos distinguirla

«Es un resultado muy emocionante», comenta Andrew Gould, astrónomo de la Universidad Estatal de Ohio y uno de los autores del artículo que describe el resultado, cuya versión previa se encuentra disponible en el repositorio arXiv. El trabajo, cuyo primer firmante es Przemek Mróz, del Instituto Tecnológico de California, se encuentra en el proceso de revisión por pares para su publicación en Astrophysical Journal Letters. «Haber descubierto ese planeta representa un gran hito», asegura Gould.

«El resultado es muy sólido, y es casi seguro que se trata de un planeta de baja masa», valora Scott Gaudi, astrónomo de la Universidad Estatal de Ohio ajeno al estudio, que dirige el equipo científico que trata de determinar la mejor estrategia de observación para el telescopio Roman de la NASA. «Esto nos permite vislumbrar por primera vez la posible distribución galáctica de una población de planetas de masa similar a la Tierra.»

En el límite de lo posible

La mayoría de los planetas se forman a partir del gas y el polvo que quedan tras el nacimiento de una estrella. De acuerdo con el principal modelo de formación planetaria, el de «acreción del núcleo», el gas y el polvo se van combinando poco a poco, generando acumulaciones cada vez más grandes que finalmente dan lugar a los planetas. En cambio, el modelo de inestabilidad del disco propone que pequeñas regiones del disco de gas y polvo que rodea la estrella colapsan rápidamente para formar planetas. Esta teoría alternativa favorece la creación de mundos de mayor tamaño frente a los planetas rocosos más pequeños.

Los mundos de un sistema planetario no tienen por qué «llevarse bien». Los gigantes gaseosos a veces arrojan a sus hermanos menores a órbitas alargadas o los expulsan completamente del sistema. A continuación, los mundos eyectados pueden seguir vagando por el espacio como planetas errantes.

El Experimento de Lentes Gravitacionales Ópticas (OGLE) lleva escudriñando los cielos desde 1992, en busca de los débiles parpadeos estelares causados por los eventos de microlentes. Pero el nuevo mundo no apareció hasta que Mróz y sus colaboradores revisaron algunos de los datos de archivo de OGLE.

Combinando los resultados de ese experimento con las observaciones de la Red de Telescopios para Microlentes de Corea y los datos del satélite Gaia de la Agencia Espacial Europea (cuya misión es trazar un mapa de la Vía Láctea), los investigadores pudieron determinar mejor ciertas propiedades útiles para estimar la masa del posible planeta errante, como la distancia entre este y la estrella de fondo. El equipo finalmente situó la masa del objeto entre las de Marte y la Tierra, y eso lo convierte en uno de los objetos más pequeños jamás encontrados mediante el efecto de microlentes gravitatorias.

«Este hallazgo realmente representa el límite de nuestras posibilidades», admite Gaudi.

La formación de planetas

El hallazgo sugiere que los mundos rocosos podrían ser comunes en el espacio interestelar. Una detección así, en el límite de las capacidades actuales de los astrónomos, hace pensar que (a no ser que OGLE hubiera tenido una fortuna increíble) debe haber multitud de pequeños planetas vagando por la Vía Láctea.

Descubrir un solo planeta terrestre a la deriva ya serviría para demostrar la existencia de tales objetos, que hasta ahora no eran más que una posibilidad teórica. Y hallar más mundos errantes de baja masa podría ayudar a los científicos a determinar cómo nacen los planetas. Los modelos de acreción del núcleo sugieren que estos deberían formarse en grupos, mientras que el proceso de inestabilidad del disco puede dar lugar a estrellas con un único mundo en órbita. Estos sistemas no tendrían planetas que expulsar, de modo que si los astrónomos encuentran muy pocos mundos flotando libremente a medida que vaya mejorado la tecnología, el modelo de la inestabilidad del disco ganaría puntos como modo dominante de formación planetaria.

Por contra, encontrar mundos terrestres a la deriva en el espacio profundo respaldaría el modelo de acreción del núcleo. «Es muy difícil que se formen planetas tan ligeros» a partir de la inestabilidad del disco, explica Wei Zhu, investigador del Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica, que no participó en el hallazgo. Así pues, el mundo recién descubierto supone un espaldarazo para el modelo de acreción del núcleo. «Es una buena señal», afirma Zhu.

Pero la expulsión debida a las interacciones planetarias no es la única manera de acabar con mundos que surcan el espacio interestelar, y eso es algo que los teóricos deberán tener en cuenta en sus estudios. La mayoría de las estrellas se forman en cúmulos, rodeadas de otros astros, y tal vez sean más «generosas» que los planetas: los mundos situados en las afueras de un sistema estelar podrían verse arrastrados por la gravedad de una estrella que pase cerca y acabar incorporándose a su colección de planetas o siendo arrojados al espacio. Algunos de ellos incluso podrían ir saltando de estrella en estrella, uniéndose y siendo expulsados de un sol tras otro. «Esos mundos serían como bolas de ping-pong», ilustra Susanne Pfalzner, astrónoma del Centro de Investigación Jülich, en Alemania, que no tomó parte en el nuevo estudio.

Más allá de sus posibles implicaciones en los modelos de formación planetaria, el  mundo solitario recién descubierto ya está influyendo en los planes de los astrónomos de cara a futuras misiones. Según Gaudi, el hallazgo subraya la necesidad de cambiar la estrategia de estudio del telescopio Roman. Las observaciones de OGLE se realizaron con un único filtro de luz, pero emplear dos filtros distintos podría servir para medir mejor las propiedades de la estrella de fondo que ayudan a determinar la masa del planeta errante.

La idea original era que el telescopio Roman realizase la mayoría de sus observaciones con un solo filtro, cambiando a otro solo de manera ocasional. Pero, de acuerdo con Gaudi, el hallazgo ha hecho que el equipo de planificación reconsidere si valdría la pena hacer más observaciones con dos filtros, a pesar de la reducción en la calidad de los datos que ello supondría.

En cualquier caso, las predicciones actuales apuntan a que el telescopio Roman debería desvelar más de 200 mundos errantes del tamaño de Marte. Ese número podría ser suficiente para determinar si la mayoría de los planetas surgen como resultado de las interacciones planetarias o de encuentros estelares en los cúmulos, afirma Zhu.

En cambio, Gould es escéptico respecto a la posibilidad de que el telescopio Roman detecte tantos mundos pequeños como para discernir de manera fiable entre esas dos alternativas, pero se muestra optimista en cuanto a la capacidad transformadora del futuro observatorio. «El telescopio Roman encontrará más planetas errantes, y permitirá aumentar el ritmo al que los hallamos», concluye. «Supondrá un avance enorme.»

Nola Taylor Redd

Referencia: «A terrestrial-mass rogue planet candidate detected in the shortest-timescale microlensing event», P. Mroz et al. en arXiv:2009.12377 [astro-ph.EP], 25 de septiembre de 2020.