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10/9/11 - DJ:

Los gemelos, el cisne y la paradoja

T.E.L: 10 min. 50 seg.

En la búsqueda de nuestros pares, es posible que nos llevemos una sorpresa. Un repaso a los gemelos cósmicos de la Tierra, el sistema Solar y la Vía Láctea.

Ya se conocen centenares de exoplanetas. Algunos son mundos verdaderamente extraños, mientras otros podrían calificarse como "familiares", en tanto comparten algunas características similares a esta Tierra que habitamos.
Pero no sólo hay una búsqueda de la Tierra Gemela, sino que incluso se buscan Sistemas Solares parecidos al nuestro: la "adecuada" combinación de planetas rocosos y gaseosos, en número, tamaños y distancias que "hagan juego" con la configuración conocida.
E incluso se ha ido más allá, al buscar una "galaxia gemela".
Lo que le propongo al lector es un breve recorrido por estas búsquedas, que han sido noticia en estos días y lo volverán a ser en el futuro, mientras sondeamos qué ideas se hallan detrás de estas indagaciones cósmicas.

LA BUSQUEDA DE EXOPLANETAS, EN PROBLEMAS
Entre las misiones más importantes relacionadas con la búsqueda de exoplanetas, sin dudas, se encuentra la Misión Kepler, lanzada en 2009. Hasta 2012, el proyecto tiene un futuro asegurado. Originalmente, la misión debía durar entre 3,5 y 6 años. Pero las estimaciones crecen. Jon Jenkins, del Instituto SETI y Jefe de Análisis de datos de Kepler, indicó que "Necesitamos una misión de ocho años para alcanzar nuestro objetivo de entender si hay otros mundos como la Tierra".
El problema es que las presiones en el presupuesto Estadounidense no dan certidumbre sobre la prórroga que misiones como esta necesiten, al igual que ocurre con el sucesor del Hubble, el Telescopio Espacial James Webb.

A febrero de este años, Kepler encontró 1.235 exoplanetas candidatos, de los cuales 20 estarían confirmados (más otros tres, hallados por miembros del equipo, pero usando telescopios de superficie).

Pero, Houston, hay un problema. La prórroga, que ya se prevía necesaria inicialmente, actualmente se vuelve imprescindible. De acuerdo a un artículo publicado en julio, el científico Ron Gilliland, del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, y colegas, señalan un dilema de ruido. La señal de una Tierra análoga es una caída en la luminosidad de una estrella de alrededor de 85 partes por millón, a lo largo de varias horas, en las que un planeta pasa frente a su estrella. Un tránsito.
Antes del lanzamiento del satélite, el equipo asumió que las estrellas como el Sol, vistas desde la nave, serían similares al astro al que estamos habituados, con luminosidades fluctuando en un rango cercano a 10 partes por millón o PPM (una variación de 0,001%) durante las 6 horas y media de integración.

¿Qué significa esto?
La misión está pensada para observar más de 100.000 estrellas continuamente, en busca de cambios en sus brillos, quizás provocados por el tránsito de un planeta. Como quieren encontrar planetas como el nuestro, es decir, en lo que se conoce como Zona Habitable -una región en la que es posible encontrar agua en estado líquido, es decir, ni muy cerca ni muy lejos de la estrella en cuestión- el tiempo entre tránsitos es de cerca de un año. Para detectar una secuencia confiable se requieren cuatro tránsitos, por lo que la misión necesita una duración de al menos 3,5 años.
El instrumento es un telescopio especial, un fotómetro de casi un metro de diámetro, que mide la cantidad de luz recibida. Tiene un campo de visión enorme: 105 grados cuadrados, comparable al área de nuestra mano con el brazo extendido.
El diseño del sistema es tal que la precisión fotométrica diferencial combinada en una integración de 6,5 horas es inferior a 20 ppm.

Pero Gilliland y sus colegas hallaron que el ruido en los datos de Kepler es mayor al esperado, causado no tanto por problemas de instrumentación o errores, sino intrínsecos al brillo de las estrellas mismas.


Fig. 1: Demasiado brillo
En una muestra de 2.500 estrellas como nuestro Sol monitoreadas por la sonda Kepler, la mayoría varía en brillo más de lo que el Sol lo hace, lo que hace a los planetas más difíciles de detectar.
El eje Y contiene el número de estrellas, el eje X el "ruido" estelar (PPM).
La franja clara corresponde al rando de variabilidad de nuestro Sol.

Las manchas solares serían las culpables. Se forman cuando la actividad magnética crea áreas en la superficie de una estrella que son temporariamente más frías y oscuras que el resto, afectando al brillo global del astro. El científico sospecha que tal actividad es mayor entre las estrellas similares al Sol en el campo de Kepler que en nuestro propio Sol, probablemente porque aquellas estrellas son más jóvenes. Esos astros tienen "más energía", como la solíamos tener en nuestra adolescencia. A lo largo de la vida estelar, las estrellas se van eclipsando, no en el sentido de un tránsito de un planeta, sino que se eclipsa su vida, su velocidad de rotación, su actividad magnética. Cuando son más jóvenes, en cambio, los campos magnéticos tienen más brío.

El investigador sugiere que cerca de la mitad de las estrellas en el campo de Kepler son más jóvenes que nuestro Sol, aunque las predicciones teóricas habían estimado que serían las dos terceras partes. Si esto fuese así, "sería una gran sorpresa", indicó el investigador, con implicaciones más allá de la misión.

Pero, sea cual fuere la procedencia del ruido en los datos de Kepler, Gilliland dice que la misión necesitaría detectar el doble de tránsitos de lo planeado, en promedio serían 6, por planeta, para estar seguros que una caída en la luminosidad estelar se debe a un objeto del tamaño de nuestra casa espacial.
Y eso lleva a la necesidad de ocho años para alcanzar el objetivo de encontrar Tierras gemelas.

Se podría acelerar el proceso si se buscaran planetas con un diámetro no menor a 1,2 veces el de nuestro mundo, pero ya no sería "gemelos".

HARPS TAMBIEN BUSCA EXOPLANETAS
Otra gran proyecto en marcha es HARPS, acrónimo que en español significa "Buscador de Planetas por Velocidad Radial de Alta Precisión".

Recientemente se halló con ese sondeo a HD85512b, un planeta muy similar al nuestro: a 36 años luz de distancia, tiene una masa 3,6 veces mayor a la Tierra (0,011 la masa de Júpiter), con un semieje mayor (distancia a su estrella) de 0,26 Unidades astronómicas y un período orbital de 58 días.
¿Y eso es bueno?
El planeta se encontraría, en comparación con nuestro sistema solar, un poquito más alejado del Sol que Venus, con lo que recibiría mucha más energía del Sol que la Tierra, que está más alejada.
Para comparar, la Tierra se halla a 1 Unidad Astronómica del Sol.
Sin embargo, Lisa Kaltenegger del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica calculó que una cobertura de nubes de al menos 50% reflejaría suficiente energía al espacio, previniendo el sobrecalentamiento.

La investigadora formará parte de un panel, junto al científico italiano Dr. Francesco Pepe (Observatorio de Ginebra), el lunes, en una conferencia de prensa de ESO. Se esperan resultados de HARPS "significativos". Es posible, quizás, que anuncien que "la búsqueda ha terminado". Pero nada termina. Es ciencia.


Fig. 2: Captura de pantalla de HD 85512b según El catálogo visual de exoplanetas

COMPARANDO MUNDOS Y SISTEMAS
Es posible, para el curioso, buscar entre los planetas detectados hasta ahora, el que más se parezca a nuestro mundo. Podríamos no tomar en cuenta todas las variables necesarias, pero sí algunas importantes:
Masa: como ha sido más fácil, hasta ahora, encontrar planetas mayores, se suele indicar la masa de un exoplaneta en relación a la masa de Júpiter. Por lo tanto, el valor a buscar es aproximadamente 0,0032 masas de Júpiter, un valor cercano a la masa de la Tierra (5.9736 x 1024 en comparación con el gigante gaseoso (1,9 x 1027).
La distancia, como dije antes, es el semieje mayor, que es igual a 1 UA en el caso de la Tierra. Lo que los investigadores denominan "zona habitable" es, ciertamente, discutible, pero si buscamos algo similar a casa, tendríamos que hallar valores parecidos: entre 0.8 y 1.2, por ejemplo.
Podríamos avanzar con otros parámetros como el período orbital (el tiempo que el planeta tarda en trasladarse alrededor de su estrella) que en el caso de nuestro mundo es fácilmente conocido (o no?) y otros más "técnicos", como la excentricidad y la inclinación.
Para hacer eso podríamos hacer uso de los catálogos online:
La enciclopedia de Planetas
La base de datos NASA/IPAC/NExScI
Planet Quest

Pero agrego una fuente más simple e ilustrativa: El catálogo visual de exoplanetas.
Verán allí que figura el catálogo (no necesariamente completo) mostrado como una tabla con columnas. La opción "Selected fields" permite cambiar los campos a mostrar, de forma de mostrarse aquellos que deseamos, por ejemplo los que citamos arriba. Con el botón de update se actualizará la visualización de la tabla y será fácil luego, pulsando las flechitas en la primera fila, ordenar los datos en forma ascendente/descendente.

Notaremos que cuando más chico es el mundo, en masa, más cercano es a su estrella. Mientras que entre los planetas hallados hasta ahora, aquellos cuya distancia es comparable a la del sistema Tierra-Sol, son objetos mayores.

Pero también podemos buscar sistemas estelares que se puedan parecer a nuestro Sistema solar. En la opción Multiplanetary Systems hallaremos datos al respecto.
Al pulsar, en cualquier caso, sobre un planeta, obtendremos datos del mismo y un gráfico debajo. Si el planeta se encuentra en la "zona habitable", aparecerá en una región de color verde.

Busque el lector curioso el sistema de HD 20794. Verá que se hallaron ahí varios planetas. ¿Se parecen al Sistema solar interior?

UN VERANO EN BUSCA DEL GEMELO GALÁCTICO
El gemelo galáctico bien podría ser una extraña combinación entre los gemelos fantásticos y los Halcones galácticos. Menos cómico fue el trabajo realizado por el estudiante Tim Buckman de la Portsmouth Grammer School, quien se pasó 6 semanas con Karen Masters, de la Universidad Portsmouth buscando un simil de nuestra galaxia.

Aquí vemos una ilustración artística de cómo es la Vía Láctea.

Fig. 3: Ilustración de la Vía Láctea, anotada

La Vía Láctea tiene sus características: es una galaxia espiral con dos a cuatro brazos espirales, un bulbo central y una barra en el centro. Recientemente el Observatorio Europeo Austral mostró una imagen de lo que, según ellos, sería una réplica de nuestra galaxia. NGC 6744 se parece por el número de brazos, el bulbo y quizás una pequeña barra central. Pero hay un problema: tiene el doble de tamaño y, como es lógico, tampoco es compatible en masa.


Fig. 4:NGC 6744: ¿una galaxia gemela a la Vía Láctea?

Es allí donde el Proyecto Galaxy Zoo podía ayudar. Con casi 450.000 voluntarios, permite clasificar galaxias del Sondeo Sloan Digital Sky. Al filtrar entre las que poseían características, es decir no elípticas (y eran observadas de frente y no de canto), llegaron a 17.500 galaxias. Luego, volvieron a filtrar por masa, número de brazos, masa y una barra encontraron sólo 9 que encajaban con el criterio.

La que más se asemeja a la ilustración anterior se muestra aquí abajo.

Fig. 5: Imagen de SDSS J084931.02+391234.9

¿Luce parecida? Es difícil visualizar una barra central.

Ah, esta bella colección de estrellas, gas y polvo, quizás albergue sus sistemas estelares y sus planetas. Quizás alguno como el nuestro.
La galaxia tiene el muy bonito y fácil de recordar nombre de SDSS J084931.02+391234.9.
¿Se sabe dónde se halla para buscarla con un telescopio?
Pues el nombre contiene a sus coordenadas, Ascensión Recta y Declinación, en hexadecimal: 08:49:31.02,+39:12:34.99.

En el enlace veremos que el valor z (correspondiente al corrimiento al rojo cosmológico) es 0,041. Lo que equivaldría a una distancia comóvil de 173 Mpc o 564 millones de años luz, según el cálculo de Wolfram Alpha. (También se puede usar la calculadora de Ned Wright)

El mismo objeto forma parte del catálogo PGC bajo la entrada 24800.

También podemos observar la galaxia en Wikisky.

Dato: Esta galaxia se halla en la constelación del Lince. Quienes conozcan el cielo y los límites de las 88 constelaciones oficiales, sabrán que muy cerquita se halla la constelación de...Gemini, tal como se puede observar en la primera imagen del post.

EL CISNE NEGRO: ¿QUÉ ESTAMOS BUSCANDO?
Es lógico que busquemos Tierras similares a la nuestra. No tenemos más que este único ejemplo de lo que podríamos llamar "Vida". Por lo tanto, si las características de este mundo permitieron el surgimiento de la vida, es posible que mundos similares sean también una réplica, al menos potencial, en este otro sentido tan significativo: la evolución de las especies.

Nassim Nicholas Taleb, quien fuese operador bursátil, publicó la obra “El cisne negro: el impacto de lo altamente improbable” en la que aborda algunos problemas relacionados con nuestra forma de pensar y la estadística.
Grosso modo: si vivimos en el hemisferio norte, pensaríamos que todos los cisnes son blancos. Nuestra experiencia, sin embargo, es engañosa. En Australia hay cisnes negros. Es un problema de inducción. Hoy veo un cisne blanco, aquí hay otro, allí otro. Sumo una gran cantidad de observaciones particulares (todos cisnes blancos) y concluyo que probablemente todos los cisnes sean blancos. En cuanto viajo al país de los canguros, zás, me doy de bruces con la realidad.

De alguna medida, la idea se solapa con la serendipia.

Así que, pese a la estricta lógica inductiva, es posible que también en la búsqueda de mundos extrasolares nos encontremos con cisnes negros. De hecho, en el Cisne hay algo muy oscuro.

IRONÍAS CÓSMICAS
Si quisiéramos viajar a estos lejanos mundos "gemelos", nos enfrentaríamos irónicamente con la Paradoja de los Gemelos. Más: estos otros mundos, sistemas y galaxias han sido observados y detectados con...pues con algo parecido a los gemelos, anteojos de Galileo. Y lo más raro aún es que la idea de individuos gemelos estipula la idea de seres nacidos del mismo óvulo.

Bueno, de alguna manera es posible que así sea y todo lo que existe tenga un origen común, como el Big Bang. Pero lo cierto es que los lejanos mundos y sistemas estelares, las distantes galaxias no comparten con nuestro vecindario el mismo origen respecto de nubes moleculares.

Lo que estamos haciendo, de alguna manera, es buscarnos a nosotros mismos. No sólo no queremos ser los únicos, sino que deseamos encontrar verdaderos "pares".

El día que hallemos otro mundo como el nuestro quizás no podamos viajar hasta allí, pero sí acaso enviarles un mensaje. Si les preguntáramos en qué constelación nos ven ellos a nosotros, quizás nos respondan: en la del ombligo.

Nota escrita para el XXIII Carnaval de la física, en esta edición hospedado por Astrofísica y Física. Para unirse y leer las entradas existe una red social en Ning.


Fuentes y links relacionados
Sobre las imágenes
  • Fig. 1. Crédito: R. L. Gilliland et al.
  • Fig 2: Crédito: Hanno Rein/exoplanet.hanno-rein.de
  • Fig. 3: JPL/Robert Hurt. De Spitzer.
  • Fig. 4: NGC 6744. Crédito: ESO
  • Fig. 5: SDSS J084931.02+391234.9. Crédito: SDSS.
  • Image inicial: Es una captura de pantalla de Google Earth-Sky, con las constelaciones ilustradas. A la derecha se ve la constelación del Cisne. A la izquierda, Géminis y el Lince. El puntero del mouse apunta a MCG+07-18-053, es decir, PGC 024800. Crédito: Google Earth.
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