¿Cómo se detecta un planeta nuevo?

El siguiente miembro de nuestro sistema solar, Urano, fue descubierto casi 4.000 años después de que se describieran los cinco planetas que son visibles a simple vista. Es posible que este punto brillante que resultaría ser un planeta hubiera sido observado con anterioridad, pero fue William Herschel, armado con un telescopio, el primero en notar su movimiento respecto al fondo de estrellas en el siglo XVIII.

¿Y algo que se mueve entre las estrellas no puede ser otra cosa? Quiero decir, ¿no se puede tratar simplemente un objeto lejano que se mueve muy rápido?

Buena pregunta, voz cursiva. Hay una serie de pistas que te pueden indicar que lo que estás observando es realmente un objeto cercano que da vueltas alrededor del sol y no otra cosa.

En primer lugar, las estrellas están tan lejos que, por muy potente que sea tu telescopio, siempre las verás como meros de puntos de luz. Si, en cambio, lo que estás mirando es un planeta, el objeto aumentará de tamaño en tu campo de visión cuando lo enfoques con una mayor magnificación (más aumentos, vaya).

El hecho de que el diámetro de Urano aumentara al observarlo con más aumentos indicaba que no se trataba de una estrella, pero aún así Herschel creía que lo que acababa de descubrir era un cometa. Pero los cometas tienen órbitas muy elípticas, así que otros astrónomos utilizaron varias observaciones del objeto para calcular su órbita y descubrieron que ésta era prácticamente circular, lo que les llevó a concluir que debía tratarse de un planeta nuevo. El proceso más detallado para calcular una órbita a partir de observaciones lo explicaba en esta otra entrada en la que explicaba cómo sabemos si un cometa es peligroso.

El descubrimiento del siguiente planeta, Neptuno, fue más curioso porque, en resumidas cuentas, se notó que la órbita de Urano presentaba ciertas irregularidades que sólo se podían explicar si la gravedad de un cuerpo de un tamaño similar la estaba perturbando. Se calculó la posición en la que debería encontrarse este nuevo planeta y, efectivamente, cuando se apuntaron los telescopios hacia la región del cielo donde se había predicho que debería estar Neptuno, ahí había otro punto brillante que se movía a una velocidad distinta que las estrellas que lo rodeaban.

Y, bueno, a medida que los telescopios han ido mejorado, hemos podido distinguir objetos con un brillo más débil entre las decenas de miles de puntos puntos brillantes del firmamento, lo que nos ha permitido descubrir nuevos cuerpos celestes cada vez más pequeños y lejanos.

Plutón, que ahora es considerado un planeta enano, fue descubierto en 1930 desde el observatorio Lowell, en Arizona, a través de un telescopio de 33 centímetros de diámetro. La invención de la fotografía facilitó la tarea de descubrir nuevos cuerpos celestes cercanos, ya que ahora podías proyectar la luz que pasaba a través del telescopio sobre una placa fotográfica durante unas horas para que la posición de todos los objetos que caían en su campo de visión quedara grabada en ella.

Luego se comparaban las placas que habían sido tomadas en días distintos y se buscaba algún objeto que apareciera en posiciones diferentes en cada una de ellas respecto al fondo de estrellas. Aunque, como podéis imaginar viendo la siguiente imagen, el proceso no era tan sencillo como puede parecer: requería examinar cientos de placas fotográficas con una lupa hasta encontrar en un par de ellas algún punto diminuto que apareciera en posiciones distintas.

Dos de las placas fotográficas con las que se descubrió Plutón, el punto minúsculo que aparece señalado con una flecha. (Fuente)

Hoy en día se sigue utilizando este mismo método para detectar objetos nuevos dentro del sistema solar, aunque con telescopios mucho más potentes y herramientas informatizadas que nos ahorran parte del trabajo. Lo que sí que ha cambiado durante estos años son las regiones del cielo donde buscamos estos nuevos cuerpos celestes.

Antes, los astrónomos buscaban nuevos cuerpos celestes en zonas cercanas a la eclíptica, la línea en el cielo a lo largo de la cual, desde la Tierra, vemos que se mueven el resto del planetas del sistema solar. La existencia de esta línea se debe a que los planetas dan vueltas alrededor del sol más o menos sobre el mismo plano y, desde nuestra perspectiva dentro de ese plano, que vemos de perfil, los vemos moverse a lo largo de una línea.

Pero, con el tiempo, se han descubierto muchos objetos que dan vueltas al sol más allá de la órbita de Neptuno y que tienen unas órbitas muy inclinadas respecto a este plano. De hecho, hasta 1992 se había asumido que Plutón era un objeto único en su clase… Pero a partir de ese año se empezaron a rastrear áreas del cielo más alejadas de la eclíptica y, en seguida empezaron a aparecer cientos de objetos con tamaños de entre 50 y 2.500 kilómetros.

A día de hoy se conocen unos 1.750 objetos trans-neptunianos (aquellos que dan vueltas al sol más allá de Neptuno) e incluso hay algunos que tienen tamaños comparables al de Plutón, como Eris, que de hecho es más masivo, aunque ligeramente más pequeño.

(Fuente)

Hoy en día sabemos que estos objetos forman parte del cinturón de Kuiper, una región del espacio repleta de cuerpos «congelados», compuestos en su mayor parte de hielos de agua, amoníaco o metano. Este disco se extiende a una distancia de entre 30 y 50 unidades astronómicas (UA) del sol y los cuerpos que lo componen tienen una masa conjunta entre 20 y 200 veces superior al cinturón de asteroides que existe entre Marte y Júpiter. Para hacernos una idea de las distancias que estamos tratando, una unidad astronómica equivale a la distancia que separa a la Tierra del sol, que es de unos 150 millones de kilómetros.

Neptuno da vueltas al sol a una distancia de 30 UA y Plutón lo hace a entre 30 y 39 UA. Y esto lo comento porque la órbita del nuevo planeta que se ha propuesto, en comparación, lo llevaría de una distancia de 600 UA hasta 1.200 UA en su punto más lejano… Tan lejos que tardaría entre 10.000 y 20.000 años en completar una vuelta alrededor del sol.

Pero aún es muy pronto para afirmar que se ha encontrado un nuevo planeta ahí fuera porque, igual que ocurrió con Neptuno, el planeta aún no ha sido detectado por su movimiento en el cielo respecto al fondo de estrellas. Los astrónomos que han postulado la existencia de este objeto, Mike Brown y Konstantin Batygin, lo han hecho basados en las órbitas extrañamente alargadas e inclinadas de seis objetos trans-neptunianos que, en un principio, podrían explicarse si estuvieran siendo perturbados por la gravedad de un cuerpo con una masa 10 veces superior a la de la Tierra.

Calculando su posición aproximada, ahora sólo falta apuntar los telescopios hacia la región del cielo donde podría encontrarse el planeta para ver si realmente está ahí. Pero, al contrario que Neptuno, que se encuentra más o menos sobre la eclíptica (tiene una inclinación de 1,77º), la órbita de este nuevo planeta estaría inclinada respecto a la eclíptica entre 10 y 50º, por lo que su búsqueda tendrá que abarcar en una región del cielo de entre 2.000 y 4.000 grados cuadrados. O, lo que es lo mismo, habrá que rastrear entre una décima y una quinta parte del cielo para encontrarlo.

Además, aunque se ha calculado cual sería la órbita de este planeta, no se sabe con precisión en qué punto de su órbita se encontrará en este momento. Si se encuentra cerca de su perihelio, el punto de la órbita más cercano al sol, podría ser detectado con relativa facilidad porque reflejaría suficiente luz solar como para que pudiera incluso haber sido fotografiado con anterioridad sin que nadie se diera cuenta. Es por eso que la búsqueda de este planeta también podría hacer que algunos astrónomos desempolvaran archivos fotográficos antiguos para buscarlo.

Si, por el contrario, el planeta se encuentra cerca de su afelio, el punto de su órbita más alejado del sol, entonces harán falta telescopios más potentes para detectarlo. Y, por desgracia, parece que este es el caso más probable. De momento, Brown y Batygin ya se han puesto manos a la obra con el telescopio Subaru, en una búsqueda que creen que podría durar hasta cinco años.

Bueno, pues nada, no quedará más remedio que esperar para salir de dudas. Pero, oye, ¿no dijiste hace tiempo que ya se había demostrado no existe ningún otro planeta en los confines del sistema solar? 

En efecto, lo comenté en esta entrada de 2014,cuando el Wide Field Infrared Survey Explorer (WISE) hizo un mapa infrarrojo del cielo entero y se concluyó que no había ninguna señal de la existencia de un planeta gigante o una estrella enana marrón en los confines de nuestro sistema solar. Utilicé este descubrimiento (o, mejor dicho, no-descubrimiento) como señal que debería convencer a los conspiranoicos de que no existe ningún planeta X del estilo «Niburu» o «Némesis», cuatro veces más grande que Júpiter y que cada cierto tiempo se adentra en el sistema solar para provocar el caos y la destrucción. Aunque, bueno, si tuviéramos que hacer caso a las páginas de conspiraciones, el apocalipsis debería haber llegado cuatro o cinco veces desde 2011. Y la próxima cita con este planeta imaginario tendría que ser en marzo de este año, cuando volverá a dejar claro una vez más que no existe.

Dejando las conspiraciones absurdas de lado parece ser que, con una posible masa de «sólo» 10 veces la de la Tierra, la existencia del nuevo planeta podría haber escapado a los ojos infrarrojos de WISE, así que aún hay esperanza para los que quieran quedar registrados en la historia como los descubridores del noveno planeta del sistema solar. Pero, de nuevo, también podría ser que ahí fuera no hubiera nada.

En fin, sobre el descubrimiento de los planetas y las peripecias de los astrónomos por encontrar nuestro lugar en el universo hablo en mi libro «El universo en una taza de café«, de la Editorial Paidós, en el que explico cómo William Herschel quiso bautizar a Urano con el nombre de Jorge, cómo durante un tiempo se postuló la existencia de un planeta llamado Vulcano entre el sol y Mercurio o por qué Galileo se quedó muy desconcertado al ver que Saturno tenía «orejas». El libro se puede encontrar en librerías o a través de internet haciendo click aquí.

¿Hola? ¿Has escrito esta entrada para hacer publicidad del libro? 

A ver, no exclusivamente, pero ya que mucha gente me había pedido que tratara el tema, he aprovechado para colarlo.

Pero qué rastrero eres.

¯\_(ツ)_/¯