¿Es posible detectar planetas que se encuentran en otras galaxias?

En realidad, más allá de su masa y su periodo orbital, sabemos más bien poco sobre las características de la mayor parte de los exoplanetas conocidos. La razón es que, debido a su pequeño tamaño, la distancia que nos separa de ellos y la poca luz que reflejan, detectarlos es una tarea muy complicada… Y obtener información detalla sobre su composición lo es aun más. De hecho, los planetas más lejanos que hemos podido encontrar en nuestra propia galaxia, unos gigantes del tamaño de Júpiter llamados SWEEPS-04 y SWEEPS-11, están a unos 27.000 años luz de distancia.

En realidad, la cifra no está nada mal si tenemos en cuenta que la Vía Láctea tiene un diámetro de unos 100.000 años luz y que, además, es complicado ver qué pasa al otro lado de nuestra galaxia porque las estrellas y el polvo del disco galáctico obstruyen nuestra vista.

Sí, bueno, pero 27.000 o 100.000 años luz no es nada comparado con los millones de años luz que nos separan del resto de galaxias, así que encontrar planetas fuera de la Vía Láctea debe ser una tarea imposible con la tecnología actual. ¿O no?

Pues me alegra que lo preguntes, porque precisamente después de ver la animación del sistema HR 8799 me pregunté si habría alguna manera de detectar planetas que pertenecen a otras galaxias con la tecnología de la que disponemos y, en caso contrario, si podríamos hacerlo en un futuro relativamente cercano. Y la información que he encontrado me ha parecido lo suficientemente interesante como para escribir esta entrada.

¡Entonces sí que se ha descubierto algún planeta extragaláctico! ¿Qué sentido tendría si no escrib…?

Déjame crear suspense, voz cursiva. Empecemos haciendo un repaso de las técnicas que usamos para detectar exoplanetas que están dentro de nuestra propia galaxia.

A primera vista, puede parecer que la manera más sencilla de detectar si una estrella está rodeada de planetas es apuntar un telescopio hacia ella y comprobar si hay alguna lucecilla dando vueltas a su alrededor. Este método puede funcionar en algunos casos puntuales, pero el asunto no es tan simple: igual que el brillo de la Luna llena dificulta la observación de las estrellas en el cielo nocturno, distinguir la luz reflejada por los planetas que orbitan una estrella lejana es muy complicado porque, en comparación, el brillo de las estrellas es demasiado intenso.

Pero, por suerte, los planetas se encuentran a una temperatura mucho menor que las estrellas así que, aunque no sean capaces de emitir luz visible, sí que producen radiación infrarroja. Por este motivo, las probabilidades de detectar planetas de manera directa aumentan si se cubre la luz de la estrella con un coronógrafo y se busca su señal infrarroja, en vez de la luz visible que reflejan (como en esta imagen del sistema HR 8799).

Eso sí: cuando los planetas son muy grandes y están separados de su estrella por una distancia considerable, es posible llegar a detectar la luz visible que reflejan sin necesidad de recurrir al infrarrojo. Ese es precisamente el caso tanto de los planetas de la animación del principio, como del exoplaneta de la siguiente imagen, CVSO 30c, a 1.200 años luz de nosotros:

El planeta tiene una masa 4,7 veces superior a la de Júpiter y da vueltas alrededor de la estrella a una distancia de 660 UA. (Fuente)

Por desgracia, este método tan directo no sirve para detectar planetas más pequeños y cercanos a su estrella, así que se han descubierto pocos exoplanetas gracias a él.

¿Y entonces cómo se han descubierto la mayor parte de los 3449 exoplanetas conocidos, si no podemos verlos?

Es que, igual que puedes saber que se te ha colado una piedra en el zapato por las molestias que te provoca al caminar, no es imprescindible ver las cosas para deducir que están ahí.

Todos los planetas tienen una influencia gravitatoria sobre su estrella porque, como había comentado otras veces, los objetos pequeños no orbitan alrededor de los grandes, así, sin más, sino que en realidad todos los cuerpos que están en órbita en un mismo sistema giran sobre un centro de gravedad común. En el caso de la Tierra y la Luna, por ejemplo, los dos cuerpos dan vueltas alrededor de un punto que se encuentra en el interior de nuestro propio planeta (algo parecido a lo que se puede ver en esta animación).

Pese a contener el 99,8% de la masa del sistema solar, el sol también orbita alrededor de un centro de gravedad que comparte con los planetas. Pero, ojo, que la localización de este punto no es fija, sino que va cambiando en función de la posición del resto de los cuerpos del sistema solar: puede encontrarse tanto cerca del núcleo del sol como a hasta 500.000 kilómetros de su superficie. En este vídeo se puede ver cómo cambia con el tiempo el movimiento del sol alrededor del centro de gravedad del sistema solar y, si con eso no os habéis quedado satisfechos, en la siguiente imagen podéis apreciar el cambio de posición de este punto desde 1945.

(Fuente)

Y este fenómeno a nosotros nos viene muy bien, porque significa que podemos utilizar el movimiento de las estrellas para deducir si hay planetas dando vueltas a su alrededor, aunque sean totalmente invisibles a nuestros ojos (o, más bien telescopios).

Sí, la idea tiene sentido, pero, ¿cómo es posible distinguir los leves movimientos de una estrella? ¿Se pueden observar a través de un telescopio?

Eso sería bastante complicado. En realidad, el movimiento de la estrella se deduce a partir de la influencia del efecto Doppler sobre su luz: como comentaba en esta otra entrada, cuando una estrella se aleja de nosotros, su luz se vuelve más rojiza, pero cuando se acerca se hace más azulada. Por tanto, a partir de estos cambios de tonalidad (o de longitud de onda, que es lo mismo) se puede aproximar la trayectoria de una estrella alrededor del centro de gravedad de su sistema solar y, a partir de ahí, calcular la masa y el periodo orbital de los planetas que dan vueltas a su alrededor.

Pero, para variar, este sistema también tiene sus limitaciones: la mayor parte de las estrellas tienen masas enormes en comparación con la cualquier planeta que las acompaña, de modo que sólo los exoplanetas más grandes tienen la masa suficiente como para perturbar sustancialmente su órbita y, por tanto, posibilitar su detección.

Por suerte, existe otra opción que ha dado mejores resultados.

Cuando Mercurio o Venus pasan por delante del sol, su silueta se puede ver cruzando el disco solar porque bloquean parte de la luz que emite. Este fenómeno se llama tránsito y, como expliqué en este vídeo, el paso de Venus por delante de la superficie del sol en el siglo XVIII nos permitió calcular el tamaño de nuestro sistema solar.

De la misma manera, un planeta que da vueltas alrededor de una estrella lejana en el ángulo adecuado también tapará parte de su luz cuando se interponga entre ella y nosotros. En este caso no podremos ver el la silueta oscura del planeta pasando frente al disco de la estrella, por supuesto, pero el brillo de la estrella disminuirá mientras el planeta pasa por delante de ella. Por tanto, si una estrella sufre cambios de brillo periódicos, puede ser una señal de que hay un planeta dando vueltas a su alrededor que bloquea parte de su luz de vez en cuando.

Crédito: IFA/Universidad de Hawaii.

Esta idea tan simple es la que más éxito ha tenido de momento y permite encontrar exoplanetas pequeños, aunque tiene la desventaja de que sólo nos permite detectar planetas con una órbita que esté orientada de tal manera que, en algún momento, pasen frente al disco de su estrella desde nuestro punto de vista.

Para variar, eso no quita que este método sea más efectivo cuanto más grandes sean los planetas y más cerca de su estrella se encuentren, ya que en estos casos bloquean una mayor cantidad de luz. Por ejemplo, el planeta que orbita la estrella HD 209458 tiene el 70% de la masa de Júpiter y completa una vuelta a su alrededor cada 3,5 días (está 22 veces más cerca de su estrella que la Tierra del sol) haciendo que el brillo de la estrella disminuya hasta un 2% cada vez que pasa por delante de ella.

Además, también se puede estudiar la frecuencia con la que un planeta pasa frente a su estrella para comprobar si hay otros cuerpos en ese mismo sistema solar: si la órbita del planeta que pasa frente a ella está siendo perturbada ligeramente por otros cuerpos, el tiempo que tardará en dar una vuelta alrededor de la estrella cambiará ligeramente y, por tanto, las variaciones de brillo de la estrella no se producirán de manera completamente regular (en este otro vídeo de Wikipedia se puede ver claramente el efecto).

Total, que, como podéis ver en el siguiente gráfico, con estos métodos se han descubierto la inmensa mayoría de los exoplanetas que conocemos en la actualidad.

Exoplanetas descubiertos a través de imágenes (rojo), por el movimiento de la estrella (azul) y por su tránsito (verde). (Fuente)

¿Y cómo se supone nos pueden ayudar a detectar planetas en otra galaxia? ¿No sería imposible distinguir todos estos pequeños cambios en estrellas tan lejanas?

Exactamente, voz cursiva, pero hay una última manera de deducir la presencia de un planeta que aún no hemos visto.

Existen unos fenómenos llamados lentes gravitacionales que ocurren cuando la gravedad de un cuerpo muy masivo desvía la luz de algún otro objeto que hay detrás de él, permitiéndonos ver la imagen distorsionada de este último a su alrededor.

En este enlace podéis una foto muy interesante del fenómeno.

Las lentes gravitacionales son más fáciles de apreciar a grandes escalas, cuando por ejemplo el campo gravitatorio de una galaxia entera desvía la luz de alguna otra que hay tras ella, pero este fenómeno también ocurre a pequeña escala en forma de microlentes gravitacionales: cuando una estrella pasa por delante de otra que se encuentra más lejos de nosotros, el campo gravitatorio de la primera magnifica la luz de la segunda cuando las dos se alinean (como si fuera una lupa), lo que se traduce en un aumento repentino de su brillo aparente. El resultado es un evento parecido al que se puede ver en esta simulación:

Y esto es lo importante: si la estrella que está más cerca de nosotros tiene planetas a su alrededor, la intensidad de la luz la estrella de fondo no aumentará sólo una vez cuando la primera pase por delante de ella, sino dos. De hecho, estos eventos se pueden reconocer porque la microlente gravitacional provocada por la estrella tendrá un mayor efecto que la del planeta (porque su masa es mucho mayor), como se puede ver en el siguiente vídeo:

Y ahora viene la parte que esperabas, voz cursiva.

Resulta que, en 2004, un grupo de investigadores anunció que habían detectado una microlente gravitacional en la galaxia de Andrómeda. La curva de luz de este evento, bautizado con el nombre de PA-99-N2, sugería que un sistema de dos cuerpos habían pasado por delante de una estrella y que, además, uno de ellos podría podría tener una masa lo suficientemente baja como para no poder fusionar hidrógeno en su núcleo (o sea, que tal vez no era una estrella).

Cinco años después, en 2009, unos investigadores de la Universidad de Zúrich estaban simulando microlentes gravitacionales, precisamente con el objetivo de comprobar si se podrían utilizar para detectar planetas que se encuentran en otras galaxias… Y, al parecer, sus simulaciones sugieren que el evento observado en 2004 en la galaxia de Andrómeda podría haber sido una microlente gravitacional creada por una estrella y un exoplaneta con una masa entre 7 y 8 veces mayor que la de Júpiter que orbitara a su alrededor.

¿En serio? ¡Entonces sí que hemos detectado planetas en otras galaxias!

Para el carro, voz cursiva, porque el descubrimiento no se ha podido confirmar. De hecho, para hacerlo tendríamos que pillar a esa misma estrella provocando otras microlentes gravitacionales y analizar la curva de luz producida, pero aquí entra la gran desventaja de este método: sólo puedes observar el fenómeno cuando tanto la estrella como el supuesto planeta pasan por delante de una fuente de luz aún más lejana de tal manera que, desde nuestro punto de vista, los dos se alinean con ella en algún momento… Pero estas alienaciones no ocurren con frecuencia así que, de momento, no tiene pinta de que vaya a ser posible comprobar si realmente hemos detectado un planeta extragaláctico.

Pues vaya, menuda decepción.

Es lo que tiene la ciencia, voz cursiva: no se puede afirmar nada con relativa seguridad hasta que se comprueba que hay una probabilidad muy alta de que la hipótesis sea correcta. Pero no desesperes porque, al menos, parece que sí que es posible detectar planetas en galaxias lejanas con la tecnología actual. De hecho, es muy probable que se empiecen a descubrir otros eventos parecidos a PA-99-N2 a medida que mejoren las técnicas de detección y que, en un futuro relativamente cercano, podamos llegar a afirmar sin lugar a dudas que hemos encontrado el primer planeta extragaláctico.

ACTUALIZACIÓN [05/02/2018]: Pues parece que ese «futuro relativamente cercano» era muy cercano, porque se acaba de confirmar la detección de los primeros planetas extragalácticos en la galaxia RX J1131-1231, a 3.800 millones de años luz de distancia, utilizando la técnica de las microlentes gravitacionales.