Detectado un planeta errante del tamaño de Saturno a 10.000 años luz de la Tierra

Vagando por la galaxia, solitario y sin ataduras, existe un grupo misterioso de planetas flotantes —o planetas errantes— que se mueven libremente por el espacio. Debido a su naturaleza esquiva, se sabe muy poco sobre sus propiedades o su formación. Estos mundos, despojados de la cálida luz de una estrella madre, representan uno de los mayores enigmas de la astronomía moderna.

Ahora, con la ayuda de una suerte extraordinaria, un equipo internacional de astrónomos que publica en la revista Science ha calculado la masa y la distancia de uno de estos planetas: un objeto del tamaño de Saturno situado a 10.000 años luz de distancia. Este logro marca un hito, ya que, por primera vez, se ha podido obtener una medición directa y precisa, superando las estimaciones estadísticas generales que hasta ahora dominaban el campo.

“Por primera vez, tenemos una medición directa de la masa de un candidato a planeta errante y no solo una estimación estadística aproximada”, explicó el autor principal, Subo Dong, de la Universidad de Pekín, en un comunicado. “Sabemos con seguridad que es un planeta”. Este descubrimiento no solo confirma la existencia de estos cuerpos en el vasto espacio interestelar, sino que también ofrece pistas cruciales sobre cómo se forman y, lo que es más importante, qué tipo de violencia cósmica puede expulsar a mundos enteros de sus sistemas solares. Comprender estos mundos es vital para refinar nuestros modelos de formación planetaria y para evaluar la verdadera abundancia de cuerpos celestes en nuestra galaxia.

Lobos Solitarios Celestiales: El Misterio de los Mundos Libres

No todos los mundos orbitan una estrella de forma tan estrecha como nuestro planeta órbita el Sol. Los científicos llevan décadas sabiendo de la existencia de estos "lobos solitarios celestiales", que están completamente desvinculados de una estrella central o se encuentran en una órbita increíblemente amplia. Estos planetas errantes, también conocidos como planetas interestelares o pícaros, plantean fascinantes preguntas sobre la habitabilidad. Aunque carecen de la energía de una estrella, algunos teóricos sugieren que mundos con atmósferas lo suficientemente densas o con un núcleo geotérmico activo podrían albergar agua líquida bajo una capa de hielo, manteniendo así el potencial para la vida.

Hay varias teorías sobre cómo se formaron estos planetas errantes. Quizás fueron catapultados fuera de su sistema planetario por interacciones violentas con otros planetas masivos o por interrupciones gravitacionales causadas por estrellas que pasaban cerca. Este escenario, conocido como dispersión planeta-planeta, es particularmente probable en sistemas estelares jóvenes y densos donde la competencia gravitatoria es feroz. Alternativamente, quizás nunca fueron parte de un sistema planetario y se forjaron directamente a partir de nubes y polvo celestes, de forma similar a como se forman las enanas marrones, aunque careciendo de la masa suficiente para encender la fusión nuclear.

Hipótesis de Formación y Destino

La distinción entre un planeta errante y una sub-enana marrón reside precisamente en su origen y su masa. Si el objeto se formó mediante el colapso de una nube de gas (formación in situ), generalmente se le clasifica como una sub-enana marrón o un objeto de masa planetaria interestelar. Si, por el contrario, nació en un disco protoplanetario alrededor de una estrella y fue expulsado posteriormente, es un planeta errante propiamente dicho. El objeto detectado, que es del tamaño de Saturno (relativamente pequeño), encaja mejor en el modelo de expulsión de un sistema. En este modelo, la interacción gravitatoria con un planeta gigante como Júpiter o Neptuno actúa como una catapulta cósmica, lanzando a los mundos más pequeños a velocidades hiperbólicas que les permiten escapar de la influencia de su estrella.

Cualquiera que sea la causa, podría haber miles de millones de estos mundos errantes viajando por la Vía Láctea. Según Andrzej Udalski, coautor y astrónomo del Observatorio Astronómico de la Universidad de Varsovia, las estimaciones preliminares sugieren que hay al menos un planeta de libre flotación por cada estrella, aunque algunas estimaciones apuntan a que podría haber hasta 10 o 20. Esta vasta población oculta redefine nuestra comprensión del censo galáctico. Si estas cifras son correctas, los planetas errantes superarían en número a los planetas ligados a estrellas, convirtiéndolos en la forma más común de planeta en el universo.

Debido a que emiten tan poca luz propia (apenas el calor residual de su formación o la energía oscura que irradian), se muestran raramente y solo se nos presentan aquí en la Tierra a través de destellos de brillo extremadamente sutiles. Incluso cuando esto ocurre, no había sido posible calcular la distancia entre nosotros y ellos, un factor crucial para determinar su masa real, hasta ahora.

La Técnica de la Microlente Gravitacional: El Único Faro de Detección

Los astrónomos pueden detectar planetas errantes mediante eventos de microlente gravitacional. Este fenómeno ocurre cuando un objeto masivo (la lente, en este caso, el planeta errante) pasa exactamente frente a una fuente de luz distante (generalmente una estrella de fondo). La masa del objeto en primer plano deforma el tejido del espacio-tiempo, haciendo que la luz de la estrella distante se doble y se magnifique temporalmente, como si la estuvieras mirando a través de una lupa cósmica.

Cuanto más masiva es la "lente", más dura el evento y más se magnifica la luz. Sin embargo, los planetas errantes, al ser relativamente poco masivos, causan eventos de microlente muy breves, que a menudo duran solo unas pocas horas o días, lo que dificulta enormemente su captura y confirmación.

Parámetros del Evento de Microlente y el Radio de Einstein

Para determinar si un evento de microlente es causado por un planeta, una estrella o una enana marrón, los astrónomos estudian la forma de la curva de luz (la gráfica de brillo a lo largo del tiempo) y la duración del evento. El grado de desviación y magnificación depende del radio de Einstein, la distancia en la que la luz de la fuente es curvada por la lente. Para objetos de masa planetaria como el recién descubierto, el evento es típicamente muy corto. La duración del evento que llevó a este descubrimiento fue excepcionalmente corta, lo que de inmediato sugirió a los científicos que la masa del objeto que actuaba como lente era muy pequeña.

El evento de microlente activado por este planeta en particular fue observado por dos proyectos de rastreo separados: uno por la Korea Microlensing Telescope Network (KMTNet) y el otro por el Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE). Estos rastreos terrestres son esenciales, ya que monitorean constantemente millones de estrellas en busca de estos raros y fugaces aumentos de brillo.

OGLE y Gaia: Una Conjunción Cósmica Afortunada

Pero lo más importante, el momento fue también capturado en el espacio por el satélite Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA). Gracias a una sincronización particularmente serendipia (afortunada), Gaia observó el evento seis veces durante un período de 16 horas.

“Tuvimos mucha suerte de captar las observaciones espaciales porque el satélite Gaia generalmente observa las mismas regiones del cielo solo [aproximadamente cada 30 días]”, comenta Udalski. “En nuestro caso, apuntó exactamente a nuestra región del cielo, precisamente durante el máximo de nuestro evento de microlente de muy corta duración”. Esta casualidad fue la clave que permitió a los astrónomos ir más allá de una simple detección y obtener mediciones físicas del objeto.

Medición de Distancia y Masa

Al comparar las diversas observaciones (las terrestres de OGLE/KMTNet y las espaciales de Gaia), los astrónomos pudieron calcular la masa y la distancia del planeta. Esta técnica se conoce como medición de la paralaje de microlente. Es análoga a cómo la distancia entre nuestros ojos nos permite percibir la profundidad (visión estereoscópica), la distancia entre los telescopios terrestres y Gaia puede utilizarse para determinar la distancia entre la Tierra y el planeta errante.

“La diferencia es que el espaciado entre los ojos de nosotros, los humanos, es de unos pocos centímetros, mientras que Gaia está a unos 1,5 millones de kilómetros de la Tierra”, detalló Dong en el comunicado de prensa. Esta gigantesca línea de base permite una precisión de paralaje incomparable para objetos tan distantes.

El evento fue capturado por Gaia aproximadamente dos horas después de ser registrado en la Tierra. A partir de esta información, el equipo dedujo que el planeta tiene aproximadamente el tamaño de Saturno (lo que lo convierte en aproximadamente una quinta parte de la masa de Júpiter), se encuentra a 10.000 años luz de la Tierra y a 3.000 pársecs del centro de la Vía Láctea. Debido a su tamaño relativamente pequeño y a su ubicación, los investigadores creen que lo más probable es que se formó en un disco protoplanetario antes de ser expulsado violentamente de su órbita. Esta medición directa de masa y distancia es fundamental porque elimina la ambigüedad inherente a las detecciones de microlente sin paralaje, donde la masa del objeto y su distancia están inherentemente ligadas y son difíciles de separar.

El Futuro de la Caza de Planetas Errantes

Aunque solo hay unos pocos ejemplos confirmados de planetas de libre flotación en la literatura científica hasta la fecha, se espera que los futuros desarrollos tecnológicos conduzcan a muchos más avistamientos. La herramienta más prometedora en este esfuerzo es el lanzamiento del Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA, programado para 2027.

El Telescopio Roman está específicamente diseñado para realizar estudios de campo amplio con una sensibilidad y resolución sin precedentes, lo que lo convierte en una máquina ideal para la caza de microlentes. Se espera que Roman detecte miles de eventos de microlente, lo que permitirá a los astrónomos recopilar una muestra estadísticamente significativa de planetas errantes. Esto, a su vez, podría ayudar a informar nuestra comprensión de lo que podría causar que un planeta se vuelva errante en primer lugar, permitiendo a los científicos discriminar entre los modelos de expulsión y los modelos de formación in situ.

La Importancia de las Detecciones de Microlente en la Próxima Década

La capacidad de Roman para rastrear la curva de luz de los eventos de microlente desde el espacio, complementando los esfuerzos de rastreo terrestre, es clave. Al eliminar las distorsiones atmosféricas y al proporcionar un punto de vista espacial, Roman podrá medir la paralaje de microlente para muchos más eventos de los que Gaia y los telescopios terrestres pueden lograr por casualidad. Esto transformará la detección de planetas errantes de un ejercicio de suerte extraordinaria a una rama sistemática de la astrofísica.

Gavin Coleman, un asistente de investigación postdoctoral en la Queen Mary University of London, Reino Unido, explica en una perspectiva adjunta en Science que el descubrimiento “subraya la efectividad de la técnica de microlente y cómo la detección de planetas errantes puede informar el proceso de formación planetaria”. Al estudiar la distribución de masas y distancias de estos mundos solitarios, los científicos podrán reconstruir la dinámica violenta de los sistemas planetarios jóvenes y determinar si la expulsión es un resultado común o raro en la evolución de un sistema solar.

Además del Telescopio Roman, la comunidad astronómica espera que otros proyectos contribuyan a esta búsqueda. Misiones como la misión Euclid de la ESA, aunque no están optimizadas para la microlente, podrían proporcionar datos complementarios importantes. La combinación de estos observatorios permitirá a los investigadores no solo determinar cuántos planetas errantes hay, sino también establecer límites de masa más precisos, lo que potencialmente revelará poblaciones de planetas errantes de masa terrestre que son actualmente indetectables. El estudio de estos mundos libres nos obliga a reconsiderar el lugar de los sistemas solares ligados a estrellas en el contexto cósmico y a prepararnos para un universo mucho más poblado de lo que imaginábamos.

Fuentes

https://kiaa.pku.edu.cn/info/1031/10602.htm
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv9266
https://www.nasa.gov/general/nasa-s-roman-space-telescope-will-discover-new-rogue-planets/
https://www.nature.com/articles/s41550-022-01773-y
https://www.sci.news/astronomy/free-floating-planet-ogle-2016-blg-1928-11116.html