En los últimos años se ha intensificado el estudio de estrellas relativamente cercanas a nosotros con el fin de establecer, sobre bases de datos experimentales, un cálculo razonable de la abundancia de sistemas planetarios, de las características de algunos de ellos, y de sus posibles condiciones de habitabilidad, al menos para alguna forma de vida aun solamente microscópica. Los primeros resultados positivos, de detección de discos preplanetarios y de planetas de gran masa, han sido noticia en todos los medios de comunicación desde hace ya 5 años. También se ha dado gran publicidad al supuesto descubrimiento de microbios marcianos fósiles en un meteorito recogido en la Antártida y a indicaciones de un posible océano de agua líquida bajo la gruesa costra de hielo de Europa, uno de los grandes satélites de Júpiter.
La teoría común de formación de estrellas, por contracción gravitatoria de nubes interestelares de gas y polvo, lleva a predecir como consecuencia normal la presencia de varios centros de densidad suficiente para que haya sistemas dobles o múltiples de estrellas, como de hecho ocurre: la mayor parte de las estrellas conocidas en detalle son miembros de sistemas binarios o ternarios. Esto da lugar a una definición práctica: cuerpos que se condensan directamente de la nube dan lugar a verdaderas estrellas, totalmente gaseosas, si su masa es mayor que 0.08 masas solares, suficiente para que la temperatura central alcance los 10 millones de grados necesarios para la producción de energía por el ciclo protónico de reacciones nucleares que sintetizan He a partir del H.
Si la masa es inferior, tendremos enanas marrones, también compuestas sólo de gases, que podrían dar lugar a temperaturas suficientes para un breve período de síntesis de He a partir de pequeñas cantidades de Deuterio y Litio, pero que brillarían sobre todo en el infra-rojo por contracción gravitatoria, terminando por convertirse en cuerpos oscuros y prácticamente indetectables. La primera confirmación con imagen directa de una enana marrón (Gliese 229B) se ha obtenido en 1995 con el telescopio espacial Hubble. Varias más se han detectado indirectamente en los años subsiguientes.
Si la formación de una estrella sea cual sea su masa, ocurre dentro de un disco de materia que tiene suficiente densidad para dar lugar a pequeñas concreciones estables (planetesimales), la teoría de Weizsäcker -con las contribuciones de Alfvén y Hoyle- lleva a predecir la formación de planetas alrededor de la estrella naciente. Los planetesimales, por choques y adherencia que se debe primeramente a materiales helados y luego a fuerzas gravitatorias, darán lugar a protoplanetas con dimensiones de kilómetros, para quedar, finalmente, en cuerpos comparables a los que forman el sistema solar, siempre con un núcleo sólido, aunque la masa sea predominantemente un gas.
Es de suponer que los planetas formados cerca de la estrella, donde la temperatura es elevada y el viento estelar de la fase T-Tauri arrastra los materiales volátiles, sean de pequeño tamaño y de compuestos refractarios, mientras lejos de la estrella predominarán los gases y así se encontrarán planetas gigantes, pero de baja densidad. Todo lo cual da una explicación satisfactoria, al menos cualitativamente, de lo que observamos en el caso solar, único conocido hasta muy recientemente.
La búsqueda de otros sistemas, como consecuencia de lo expuesto, comienza con la constatación de que estrellas nacientes están rodeadas de discos de gas y polvo de dimensiones comparables con el diámetro del sistema solar. Es conocido desde hace años el disco de polvo alrededor de β Pictoris, fotografiado en infra-rojo por el telescopio Hubble, así como lo discos preplanetarios encontrados alrededor de estrellas nacientes en la nebulosa de Orión. Pero un disco de polvo tiene una superficie radiante amplia en el infra-rojo, mientras que los planetas no pueden emitir energía suficiente por la superficie tan reducida en relación a su masa. Es necesario acudir a métodos indirectos para su detección: métodos astrométricos o espectroscópicos de una precisión que solamente ahora alcanza niveles adecuados para obtener resultados positivos.
Si un sistema planetario contiene cuerpos de suficiente masa, cercanos a la estrella, se dará un mutuo influjo gravitatorio capaz de alterar no sólo el movimiento del planeta -causando su órbita- sino también el de la estrella misma, pues todos los cuerpos deben girar alrededor del centro de masa del sistema. En nuestro caso, este centro de masa se encuentra cerca de la periferia del Sol, que es aproximadamente 1000 veces más masivo que Júpiter, a su vez más del doble que los demás planetas juntos. Como consecuencia, observando al sistema solar desde otra estrella, se detectaría el movimiento propio del Sol debido al influjo de los planetas: si se observase desde una dirección perpendicular al plano orbital, el Sol parecería seguir una trayectoria ondulante, en lugar de una línea recta, aunque con desviaciones totales del orden de la milésima de segundo de arco.
Si se observase desde el plano orbital o muy cerca de él, se podría detectar un efecto Doppler por el que el espectro solar mostraría cambios de corrimiento al rojo o al azul con un período que refleja el período orbital de los planetas; Júpiter causa un cambio en la velocidad del Sol de 12.5 metros por segundo, que cae dentro de las posibilidades de la espectroscopia. La velocidad real, mayor, sería la aparente dividida por el seno del ángulo al plano orbital, normalmente desconocido.
Estos son los métodos aplicables actualmente a la búsqueda de planetas extrasolares. Hace ya mas de 20 años se anunció, por medidas astrométricas, la existencia de planetas alrededor de la estrella de Barnard (Peter van de Kamp, del observatorio Sproul), aunque un estudio posterior de los datos ha mostrado que las conclusiones eran incorrectas. Lo mismo ocurrió hace unos 10 años con la imagen, de interferometría de centelleo en el infra-rojo, de un posible compañero planetario de la estrella Van Biesbroeck 8.
Los casos recientes, más sólidos en su evidencia, utilizan el método espectroscópico, analizando con programas de ordenador las variaciones periódicas de corrimientos espectrales, para deducir la presencia y período orbital de cuerpos masivos invisibles. Conocido el tipo espectral y masa de la estrella, y el período de un planeta, pueden deducirse por las leyes de Kepler su distancia a la estrella, la excentricidad de la órbita y el límite inferior de la masa de cada planeta.
PLANETAS DETECTADOS
En 1988, David W. Latham y sus colaboradores (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) anunciaron la primera indicación clara de un cuerpo en órbita alrededor de la estrella HD 114762, con un período de 89 días, radio orbital de 50 millones de km. (0.34 A.U.), y masa mínima de 9x la de Júpiter. Observaciones más recientes parecen mostrar que el plano orbital se ve con un ángulo muy pequeño, y que la órbita es muy excéntrica (0.35), con la consecuencia de que la masa podría ser mucho mayor y se trataría de una enana marrón en lugar de un verdadero planeta.
En 1991 dos radio-astrónomos, Alex Wolszczan y Dale Frail, analizando las emisiones del pulsar PSR 1957+12, a una distancia de unos 1000 años-luz en Virgo, llegaron a la conclusión de que variaciones rítmicas en el período de sus emisiones de radio (que es de milésimas de segundo) eran prueba de la existencia de dos cuerpos masivos en órbitas muy cercanas a la estrella neutrónica. Estudio más detallado de las señales indicó un tercer cuerpo en órbita más lejana.
Fue este descubrimiento algo que causó sorpresa total entre los astrónomos, pues el entorno de un pulsar es el lugar menos esperado para la existencia de planetas: el pulsar se forma como consecuencia de la explosión de una supernova tipo II, que debería destruir cualquier planeta cercano, sin dejar tampoco material en su entorno que pudiese condensarse para formar nuevos planetas. Sin embargo, los datos indican cuerpos de masa comparable a la terrestre (3 a 4 veces más) para los dos primeros, y órbitas casi circulares muy próximas al pulsar, con radio como el de la órbita de Mercurio en el caso más alejado y de menos de la mitad de su valor en el más próximo. Los períodos orbitales van desde 23 a 95 días.
Naturalmente, tales planetas no pueden considerarse como lugares adecuados para la vida, ni por el hecho catastrófico de la explosión de supernova, ni por el nivel y tipo de radiación recibida del pulsar: su temperatura probablemente supera los 300 grados centígrados y estarán sometidos a chorros intensos de rayos cósmicos. Pero tienen el interés de ampliar nuestros horizontes teóricos hacia nuevos entornos antes insospechados, donde la formación de tales cuerpos puede ocurrir por procesos distintos del normal. En el caso que nos ocupa, la rapidez de rotación del pulsar (161 vueltas por segundo) es una indicación de que ha sido acelerado por un fenómeno de transferencia de masa desde otra estrella compañera, durante un período de tiempo de unos 1000 millones de años. Sin embargo, este pulsar se mueve solo por el espacio, y es necesario explicar cómo desapareció la segunda estrella y al mismo tiempo cómo se podría formar un disco de acreción del cual se condensarían los planetas.
Entre los mecanismos propuestos está la destrucción de la estrella compañera por la intensa radiación del pulsar: hay sistemas dobles, del tipo viuda negra (así llamados por la araña que devora a su consorte) donde esto parece estar ocurriendo. El material arrancado en el proceso serviría de materia prima para los planetas. Otras hipótesis sugieren que parte del material lanzado por la supernova volvería a caer hacia el pulsar, o que un choque de éste con una estrella normal o entre dos enanas blancas llevaría a la formación del disco preplanetario.
No conocemos todavía otros casos ciertos de sistemas planetarios alrededor de pulsares, por lo cual es difícil proponer modelos fiables de formación. Pero sí nos queda la constatación de que puede haber formas insospechadas de formar planetas, aunque su entorno no sea adecuado para la vida aun en sus formas más elementales.
PLANETAS DE ESTRELLAS NORMALES
En octubre de 1995 Michel Mayor y Didier Queloz, de la Universidad de Ginebra, anunciaron haber detectado un planeta en órbita alrededor de una estrella semejante al Sol, 51 Pegasi (G3V), a 50 años-luz de nosotros. Sorprendentemente, su órbita es circular y tan cercana a la estrella (0,05 unidades astronómicas, 8 millones de km.) que el período orbital es solamente 4,2 días. Y su masa es, como mínimo, de unas 150 veces la masa terrestre, casi la mitad de la de Júpiter. Naturalmente, la gran masa y la cercanía a la estrella hacen la detección relativamente fácil, por ser su efecto gravitatorio notable y por tener un período tan corto que muy pronto se hace evidente la regularidad de la perturbación. Pero la existencia de un planeta con esas características era totalmente inesperada según las teorías más lógicas de formación del sistema solar. El problema se agudizó con otros casos que rápidamente aumentaron la lista de planetas extraños.
En el período de un año a partir del anuncio de 51 Pegasi, Geoff Marcy y Paul Butler (San Francisco State University) encontraron otros planetas de gran masa y órbita muy reducida: alrededor de Cancri (a 44 años-luz), Boötis (a 49 a.l.), y Andromadae (a 54 a.l.). Otras dos estrellas, 70 Virginis (a 59 a.l.) y 16 Cygni, tienen planetas de gran masa y cercanos, pero con órbitas muy elípticas, con una excentricidad mayor que la de ningún planeta de nuestro sistema.
Otro caso, también anunciado por Marcy y Butler, propone un planeta con masa 2,3 veces la de Júpiter en una órbita de radio 2,1 A.U., equivalente al borde interno del cinturón de asteroides en nuestro sistema, alrededor de la estrella 47 Ursae Majoris, de tipo casi solar (G0V), con período de 3,0 años. Es algo ya comparable a Júpiter y más compatible con nuestras teorías de sistemas planetarios. También se pueden considerar normales otros dos posibles planetas anunciados por George Gatewood (Univ. Of Pittsburgh) alrededor de Lalande 21185, una enana roja (M2V) a 8,25 años luz solamente del sistema solar. Sus masas son como la de Júpiter con un margen del 10%, y sus distancias de la estrella serían como el borde externo del cinturón de asteroides para el más cercano y un poco más de la órbita de Saturno para el segundo.
Sin analizar otros casos semejantes aún no confirmados, podemos detenernos en posibles explicaciones de la existencia de estos AJúpiteres calientes@, que parecen encontrarse tal vez en el entorno de un 5% de las estrellas de tipo solar. Las diversas teorías tienen como base la escasez de materiales sólidos en discos preplanetarios, que lleva a considerar todo cuerpo sólido como necesariamente de poca masa; un planeta comparable a Júpiter debe tener una composición semejante a la del Sol: H, He, y un pequeño porcentaje de compuestos mas o menos volátiles, además de un posible núcleo muy reducido de material metálico.
Por la temperatura elevada en la vecindad de la estrella, los planetas gigantes deben formarse a distancia considerable, como lo han hecho en el caso de nuestro sistema, pues los gases se disipan a alta temperatura y son también fácilmente arrastrados por el viento solar. El problema se centra entonces en encontrar un mecanismo plausible para un cambio de órbita que permita encontrarlos aun más cerca de su estrella que Mercurio lo está del Sol.
Se ha sugerido que planetas inmersos en el disco del que se forman estarían sometidos a fuerzas de roce por la viscosidad del material remanente en su órbita, con el frenado consecuente y la caída en espiral hacia la estrella. Según Lin y Bodenheimer (Univ. De California en Santa Cruz) y Derek Richardson, (Canadian Institute for Theoretical Astrophysics), al acercarse a la estrella se producirían fuerzas de marea que comunican energía de la rápida rotación de la estrella naciente al movimiento orbital del planeta, evitando su caída y destrucción en el cuerpo central. Para responder a la objeción de que otros planetas no sufren ese destino de cambio orbital, se especula sobre diversas duraciones del disco: si éste se disipa rápidamente, no ocurre el fenómeno descrito.
De encontrarse planetas de tipo terrestre en el sistema, sería de esperar que cayesen hacia su sol por un efecto semejante, o que fuesen lanzados del sistema por la interacción con los gigantes que cruzan sus órbitas. También se cree que un sol con dos grandes planetas podría terminar perdiendo uno en encuentros cercanos, mientras el otro iría a una órbita muy reducida; los planetas de tipo terrestre se perderían igualmente en el espacio.
Si este punto de vista es correcto, un sistema estable durante miles de millones de años, como es el nuestro, podría ser un caso muy poco frecuente, con las consecuencias obvias de reducir la probabilidad de encontrar condiciones para la vida.
Los grandes planetas con órbitas muy excéntricas podrían ser el resultado de encuentros que fusionan planetas más pequeños en órbitas que se cruzan (teoría de Doug Lin y Shigeru Ida). Tal caso sería más probable en planetas de sistemas estelares múltiples, como lo es 16 Cygni, que es triple, con el planeta alrededor de 16 Cygni B, de tipo solar (G2V). Los otros componentes son 16 Cygni A, de masa ligeramente mayor, con una órbita elíptica de 125.000 años de período, y 16 Cygni C, una enana roja de la mitad de masa que el Sol, girando alrededor de las primeras a 100.000 A.U. de distancia por lo menos
El planeta tiene como mínimo un 50% más masa que Júpiter; se acerca a su estrella a una distancia de 0,6 A.U. (inferior a la de Venus), y se aparta hasta 2,8 A.U., equivalente al cinturón de los asteroides; su período es de 2,2 años. Los cambios de temperatura por tales variaciones de distancia deben causar estaciones extremas en el planeta, independientemente de posibles inclinaciones o fluctuaciones del eje de rotación.
Es plausible que en las circunstancias descritas, aunque el planeta comenzase con una órbita circular, las perturbaciones causadas por la aproximación de 16 Cygni A llevasen a la órbita tan excéntrica que hoy observamos Y debemos suponer que planetas gigantes, en órbitas alargadas que cruzan la zona habitable alrededor de una estrella, causarían la pérdida de otros posibles planetas de tipo terrestre que se encontrasen en esa región, sea por lanzarlos fuera del sistema o porque tales planetas terminarían cayendo sobre los intrusos. En cualquier caso, nos encontramos de nuevo con datos inesperados que subrayan la difícil concatenación de parámetros y evolución que permiten un planeta habitable como la Tierra: una consecuencia que podríamos llamar negativa, dentro de los aspectos muy positivos de que los planetas abundan en la Galaxia.
Para entender los diversos procesos que dan lugar a sistemas planetarios se necesita ampliar la base de datos, con más y más ejemplares de características variadas: no pueden hacerse teorías plausibles y comprobables cuando solamente conocemos un caso. Tampoco es suficiente encontrar aquellos planetas que se presentan en situaciones especialmente propicias para la observación, por su cercanía a nosotros o por sus fuertes perturbaciones en la estrella, que solamente son de esperar cuando el planeta tiene mucha más masa que la Tierra y tiene una órbita de radio reducido. Lo que verdaderamente nos interesa es otra Tierra alrededor de otro Sol, para poder especular más científicamente acerca de condiciones para la vida. Probablemente comienza ahora una nueva era de la Astronomía planetaria, y debemos esperar resultados en el futuro muy próximo. Pero los problemas tecnológicos son abrumadores.
Utilizando técnicas astrométricas, un planeta como el nuestro, a una distancia idéntica de una estrella como el Sol, causaría un cambio en la trayectoria de su estrella (movimiento reflejo) de 0,6 millonésimas de segundo de arco, menor que el tamaño aparente de un átomo a un metro de distancia. Un cambio tan mínimo exige interferómetros en el espacio, mientras que un movimiento de una amplitud 10 veces mayor podría observarse con interferómetros en la superficie, aunque el experimento no se ha llevado a cabo todavía.
Por el efecto Doppler, la variación de la velocidad solar como resultado de la atracción terrestre, es tan sólo de 9 centímetros por segundo, unas 3 partes en 10.000 millones referida a la velocidad propia del sol. Los movimientos internos de los gases de su superficie son órdenes de magnitud superiores a esos cambios, pero aun así las detecciones antes mencionadas se han hecho por este método, gracias al análisis de variaciones mínimas con programas de ordenador.
Los encargados de la exploración espacial, de la NASA, han presentado una especie de mapa de futuro trabajo destinado a la búsqueda y estudio de planetas terrestres dentro de un radio de 33 años-luz del Sol, con tecnologías que empiezan a vislumbrarse como posibles. Además de óptica adaptable, que pueda aplicarse a grandes telescopios en la superficie terrestre, -como sugiere, por ejemplo, Roger Angel, de la Univ. de Arizona- y de un coronógrafo como el que permitió detectar a la enana marrón Gliese 229 B, se habla ya de interferómetros de infrarrojo con dimensiones de centenares de metros, colocados en el espacio. Observando las longitudes de onda entre 7 y 20 micras podrían encontrarse las líneas delatoras de la presencia de atmósferas con gases como el Oxígeno (O2 ), Ozono (O3 ), dióxido de Carbono (CO2 ), y metano (CH4); todos ellos indicadores probables de la presencia de vida, aunque no podamos precisar sus características.
BÚSQUEDA DE VIDA
Además de una posible indicación indirecta de vida extraterrestre por sus efectos en el espectro de una atmósfera, recientemente se ha propuesto como plausible la afirmación de vida en entornos en que hay agua líquida, o la ha habido en algún momento. Dos son los lugares en cuerpos del sistema solar que se han discutido recientemente en noticias de prensa.
El estudio de un meteorito recogido en la Antártida pareció mostrar un origen de Marte, por tener inclusiones de gases con la misma composición medida por las sondas Vikingo en la atmósfera del planeta. En el interior del fragmento de roca, que habría sido lanzado hacia la Tierra hace millones de años, tras girar en torno al Sol desde su desprendimiento de Marte por un impacto, se encontraron estructuras morfológicamente sugerentes de bacterias fósiles. También se encontraron compuestos orgánicos compatibles con un origen de actividad biológica. Todo lo cual dio lugar a una campaña de afirmaciones de vida en una época en que nuestro planeta vecino tenía agua líquida en abundancia en su superficie, como evidencian las torrenteras secas descubiertas por las diversas sondas espaciales desde hace ya 20 años. Tal período se calcula corresponde a casi la misma época en que aparecen las primeras indicaciones de vida en la Tierra, hace 3.500 millones de años.
Muy pronto se hicieron oír voces discordantes. Los compuestos orgánicos son los mismos que se encuentran en rocas terrestres en el suelo de la Antártida, y se conocen reacciones no-biológicas que los producen. Las supuestas bacterias tienen un tamaño tan mínimo -de una centésima de las terrestres- que si se supone una pared celular, necesaria para toda forma de vida, su volumen interno sería cero. No es posible discutir en todos sus detalles técnicos los argumentos de ambos bandos; es suficiente mencionar que el peso de la evidencia no es, ni mucho menos, lo que constituiría una prueba de vida extraterrestre, aun microscópica y ya desaparecida. Será preciso esperar a expediciones tripuladas a Marte para decidir en forma incuestionable si se encuentra algún tipo de fósil en las rocas próximas a antiguos cursos fluviales. Sólo así se podrá también encontrar alguna prueba de que las posibles células primitivas han logrado sobrevivir hasta el presente.
El altímetro del Mars Global Surveyor, en órbita alrededor del planeta, ha demostrado que las planicies bajas del hemisferio norte son más lisas de lo que se esperaba. Esto favorece la idea de que esas zonas estuvieron cubiertas por antiguos mares, y se encuentra un perfil de terreno entre la parte baja y las colinas de las partes elevadas muy semejante al que se observa en la Tierra desde los márgenes continentales a los depósitos del fondo marino. Pero aún no hay verdadera prueba de esos mares. Y, a pesar de toda la literatura de tipo esotérico, la Esfinge de Marte, originalmente fotografiada por la cámara en órbita del proyecto Vikingo, ha mostrado claramente su naturaleza no-artificial en fotos de gran resolución hechas también por el mismo Surveyor.
Hielo en forma de grandes placas, probablemente de kilómetros de espesor, forma la superficie visible de los satélites de Júpiter y Saturno. En el caso de Europa, las placas, fotografiadas por la sonda Galileo, aparecen rotas y desplazadas de su posición original, lo cual exige algún fluido subyacente. Así se llega a la conclusión de que la corteza sólida visible descansa sobre un océano interno de agua líquida, o lo hizo, al menos, cuando el hielo se fracturó. A partir de este dato, la imaginación, más o menos fundada en una química plausible, puede llevar a suponer alguna forma de vida que se desarrolla en la oscuridad de ese mar frígido, con fuentes de calor interno actuando en lugar de la luz solar. Su posible comprobación está en un futuro no especificado de alguna nueva sonda cuyo diseño y plan de trabajo aún no ha comenzado a discutirse.
Por último, cabe mencionar los diversos proyectos de escucha con radiotelescopios, a partir de 1960, para encontrar señales que indiquen una comunicación inteligente. Hasta el presente no ha habido ninguna recepción que parezca artificial: la NASA ha dejado de apoyar económicamente el proyecto SETI, y éste continúa tan sólo con fondos privados. Aun los más optimistas confiesan que la probabilidad de éxito es del orden de una en un millón, y que comunicaciones subsiguientes, limitadas por la velocidad de la luz para toda onda electromagnética, serán tan lentas y difíciles que es poco plausible una cultura interestelar en ningún futuro previsible.
Tal vez una nueva Física insospechada, que amplíe los horizontes de nuestras ecuaciones, permita señales, o incluso naves, que exploten un efecto túnel macroscópico para cruzar distancias hoy inasequibles a ninguna especulación científica. Podríamos saber entonces de otras vidas lejanas.
Manuel M. Carreira, S.J., Ph.D.