En agosto de 2006, la Unión Astronómica Internacional
definió el concepto de planeta en nuestro Sistema Solar,
como aquel cuerpo celeste que orbita alrededor de nuestro Sol,
que tiene un equilibrio hidrostático
que le permite mantener una forma prácticamente esférica
y que es capaz de barrer, de limpiar de escombros,
toda la región de su órbita alrededor del Sol.
Más allá del Sistema Solar conocemos ya miles de sistemas planetarios,
esto es planetas que giran en torno a otros soles,
a otras estrellas de la Vía Láctea, nuestra Galaxia,
y aquí ya el concepto de planeta empieza a cambiar un poco de sentido.
También conocemos cuerpos de masa planetaria,
es decir objetos que se parecen mucho en masa y en tamaño a Júpiter,
el mayor planeta del Sistema Solar,
que no giran en torno a ninguna estrella,
y es lo que llamamos planetas aislados.
También, como cuerpos subestelares tenemos a las enanas marrones,
que son las hermanas mayores de los planetas.
Las enanas marrones son cuerpos del tamaño parecido a Júpiter,
pero tienen una densidad que es...
un orden de magnitud superior al de Júpiter.
En Astrofísica solemos utilizar el criterio del Deuterio
para distinguir enana marrón de planeta.
¿Qué es este concepto?
El criterio del Deuterio es el siguiente:
el Deuterio es un isótopo del Hidrógeno,
es uno de los dos isótopos estables del Hidrógeno,
tiene en su núcleo un protón y un neutrón,
y el Deuterio es el elemento más frágil de la naturaleza,
se destruye por reacciones nucleares,
con una temperatura del orden de 300 mil grados
en el interior de los objetos.
Sería planeta aquel cuerpo con una temperatura interior
incapaz de producir reacciones nucleares que queman Deuterio,
y enana marrón, en cambio, sería aquel cuerpo subestelar
con una masa y una temperatura interior suficiente
para obtener la reacción de la quema nuclear del Deuterio.
Este punto, que define enana marrón y planeta,
en masa está en torno a las 12/13 veces la masa de Júpiter.
Así que planeta sería aquel cuerpo subestelar
con masas inferiores a 12 veces la masa de Júpiter,
y enana marrón sería el cuerpo subestelar
con masas superiores a 12/13 veces la masa de Júpiter.
Por objeto subestelar entendemos todo aquel cuerpo
que no tiene reacciones nucleares en su interior de importancia,
esto es la cadena de la quema del Hidrógeno en el interior.
Las estrellas tienen una masa suficiente para que su interior
alcance una temperatura superior al millón de grados,
esta es la temperatura umbral
para que tenga lugar las reacciones nucleares de importancia
en el interior de las estrellas,
y es el origen de la luz que recibimos de estos astros estelares.
En cambio, los cuerpos subestelares,
son tan poco masivos que no alcanzan la temperatura interior,
no superan esta frontera del millón de grados
para tener reacciones nucleares de importancia en su interior,
excepto la quema del Deuterio, como hemos comentado anteriormente,
que es lo que separa el concepto de enana marrón de planeta.
El año 1995 supuso un hito dentro de la Física Subestelar,
porque es este el año en que se descubrieron
los tres primeros cuerpos subestelares,
en concreto, dos enanas marrones y un planeta,
girando en torno a una estrella de tipo solar.
Teide I, descubierta desde el Observatorio del Teide,
en la isla de Tenerife, es la primera enana marrón hallada,
tiene una masa, aproximadamente,
de 55 veces la masa de nuestro planeta Júpiter,
y es ligeramente más grande que Júpiter, en volumen,
porque Teide I tiene una edad aproximada de 120 millones de años,
esto son dos órdenes de magnitud más joven que nuestro Sistema Solar.
Teide I se encontró en el Cúmulo de las Pléyades,
que está a una distancia aproximada de 133 pársec,
unos 400 años luz del Sistema Solar,
y en el momento en el que Teide I continúe evolucionando
colapsará por su propia gravedad hasta alcanzar un tamaño aproximado
y un volumen aproximado al de Júpiter,
pero será 55 veces más densa,
puesto que su masa es 55 veces superior a Júpiter.
Se encontró con técnicas de imagen directa, con técnicas astrométricas,
midiendo el movimiento que Teide I presenta en el cielo,
con respecto a nosotros, los observadores,
y también por técnicas espectroscópicas,
observándose el espectro, la luz emitida por Teide I,
como resultado de su proceso de colapso gravitatorio,
pudimos observar que en la atmósfera de Teide I
se encuentra un elemento ligero, el litio,
que no ha sido destruido todavía por reacciones nucleares en su interior.
Esto es un punto importantísimo
para determinar la naturaleza subestelar de Teide I.
La segunda enana marrón identificada,
cuyo hallazgo se publicó apenas tres meses después
de la publicación de Teide I,
es Gliese 229B, es una enana marrón que orbita alrededor de una estrella,
de una estrella más pequeña que nuestro Sol,
es una estrella de clase M,
y Gliese 229B tiene una edad similar a la de nuestro Sistema Solar,
pero la masa de la enana marrón es similar a la de Teide I,
tiene aproximadamente unas 55 veces la masa de Júpiter.
Siempre me gusta decir que Gliese 229B,
la segunda enana marrón identificada, genuina,
es la imagen envejecida de Teide I,
son dos enanas marrones con masas muy similares,
pero con dos edades muy distintas.
Esto tiene un impacto...
la diferencia de la edad tiene un impacto importante
en la apariencia física de estas dos enanas marrones de masas similares.
Mientras que Teide I
tiene una temperatura del orden de unos 2.400 grados,
esto corresponde a un espectro
con bandas de óxido de Titanio y óxido de Vanadio,
el Gliese 229B,
por tener una edad similar a la de nuestro Sistema Solar,
del orden de unos 4.500 millones de años, su espectro está enfriado,
los cuerpos subestelares, según evolucionan,
se enfrían constantemente y pierden luminosidad, pierden brillo.
La temperatura de Gliese 229B es del orden de mil grados,
y en consecuencia la apariencia espectral,
la luz emitida por este cuerpo es diferente a la de Teide I.
El espectro de Gliese 229B
presenta bandas de absorción muy intensas debido al Metano,
tiene un espectro muy similar al espectro de Júpiter.
El mismo espectro que tendría Teide I
cuando tenga la edad del Sistema Solar.
Y también en el año 1995 se publicó el anuncio
del primer planeta en torno a una estrella de tipo solar, 51 Pegasi B.
Un equipo suizo realizó el hallazgo,
y este planeta tiene una masa aproximada
a la mitad de la masa de Júpiter,
y orbita en una órbita,
gira alrededor de su estrella en una órbita,
que es 7 veces más pequeña que la órbita de Mercurio alrededor del Sol.
Mercurio es el planeta más próximo alrededor del Sol
en nuestro Sistema Solar.
El hallazgo de 51 Pegasi B
fue una revolución en nuestra comprensión de sistemas planetarios,
puesto que nunca habíamos pensado
que se pudieran dar planetas gigantes,
del tamaño joviano, en órbitas tan cercanas,
tan interiores, alrededor de su estrella.
Por las leyes de Kepler es posible determinar la órbita,
el movimiento de la estrella en torno al centro de masas,
y poder medir, determinar la masa del planeta.
Johannes Kepler fue un astrónomo y matemático alemán
que vivió a caballo entre los siglos XVI y XVII,
y enunció tres leyes que fueron el fundamento
de lo que después se desarrolló como mecánica celeste.
En la época anterior a Kepler,
Nicolás Copérnico había establecido el principio heliocéntrico,
en el cual, para estudiar los movimientos de los astros,
se fijaba el Sol como origen, digamos del sistema de coordenadas;
en ese sentido, hizo que cuando Kepler tomó los trabajos después,
pudiera dar unas leyes que eran simples
y describían con gran belleza los movimientos de los planetas.
La primera y la segunda leyes
las publicó en el año 1609 en su libro Astronomía Nova,
que se conoce popularmente como Astronomía Nueva.
La primera ley decía que el movimiento de los planetas
en torno al Sol se efectuaba según una elipse,
en uno de cuyos focos se encontraba el astro rey.
Eso ya simplificaba mucho
el movimiento que antes se describía para los planetas,
lo describían con círculos sobre círculos,
porque eran movimientos que se estaban tomando
con respecto a la Tierra, no con respecto al Sol.
La segunda ley ya describía...
decía cómo los planetas efectuaban ese movimiento dentro de la elipse,
y decía que si tomamos una línea que vaya desde el Sol,
que se encontraba en uno de los focos de la elipse,
hasta donde se encontraba el planeta, eso era el radio vector del planeta,
entonces ese radio vector, según se iba moviendo el planeta,
iba describiendo el área de la elipse,
y el área que barría
era proporcional al tiempo que tardaba el planeta en desplazarse
en la trayectoria cerrada de la elipse.
Estas dos leyes pudo establecerlas, eran leyes empíricas,
porque utilizó las medidas precisas, que ya se hacían en Astronomía,
de Tycho Brahe y de su hermana Sophia Brahe.
Tycho Brahe era profesor de Johannes Kepler.
La tercera ley de Kepler la publicó 10 años después, en 1619,
en una nueva obra que era la Harmonía del Mundo,
se titulaba La Harmonía del Mundo,
y en ella lo que hace es relacionar las órbitas de distintos planetas.
El cubo del semieje mayor de la órbita,
dividido por el cuadrado de su periodo,
es una cantidad constante para todo el Sistema Solar.
A partir de esta ley,
luego completada con la ley de la Gravitación Universal de Newton,
que vino casi un siglo después, unos 60 o 70 años después,
se consiguen medir las masas de los planetas.
Esta Ley de la Gravitación Universal
dice que dos cuerpos cualesquiera, por ejemplo el Sol y la Tierra,
se atraen mutuamente, ejerciendo una fuerza, el uno sobre el otro,
que es proporcional al producto de sus masas
e inversamente proporcional
al cuadrado de la distancia que las separa.
Aplicando la tercera ley de Kepler
y utilizándola con la concepción de la Gravitación de Newton,
se puede determinar las masas del Sol y la de los planetas también,
y se descubrió entonces que la masa del Sol era mil veces mayor
que la masa del planeta más grande, que era Júpiter,
y 300 mil veces mayor que la masa de la Tierra,
por lo cual se puede simplificar el Sistema Solar diciendo que
el Sol ejerce una fuerza sobre cada uno de sus planetas
que giran en torno a él en órbitas planas, elípticas, como decía Kepler.
Cuando los planetas se encuentran de manera aislada
o están en órbitas alejadas de sus estrellas,
es posible fotografiarlos con imágenes directas,
y es posible analizar la luz que de ellos recibimos
con técnicas espectroscópicas estándar,
pero los planetas que se encuentran en órbitas muy interiores,
en órbitas muy próximas a sus estrellas, no pueden ser resueltos,
nuestra tecnología actual no permite resolverlos espacialmente,
y mucho menos detectarlos por el contraste del brillo,
entre la estrella y el planeta,
y se tienen que emplear las técnicas de velocidad radial y tránsitos.
La tecnología de hoy día nos permite medir la cantidad de luz
que es ocultada por el planeta en el tránsito primario,
cuando el planeta transita por delante del disco estelar,
y también nos permite ver
la cantidad de luz que es tapada del planeta,
cuando el planeta pasa por detrás, el tránsito secundario,
en su órbita alrededor de la estrella.
Telescopios espaciales como Kepler,
utilizando la técnica de los tránsitos fotométricos,
han detectado miles de planetas empleando la técnica de fotometría.
A día de hoy conocemos más de 3.600 planetas en órbita
alrededor de sus estrellas centrales,
centenares de enanas marrones y planetas aislados en nuestra galaxia.
Los descubrimientos más actuales revelan que los planetas aislados
y las enanas marrones alcanzan temperaturas extremadamente frías,
en torno a 250 grados,
incluso más frías que la de nuestro planeta Tierra,
cuando se tienen edades típicas del Sistema Solar,
4.500 millones de años.
También, los que hemos detectado,
se encuentran a distancias muy próximas del Sistema Solar,
apenas a dos pársec de distancia,
esto es consecuencia natural que son objetos muy tenues, muy débiles,
con un brillo muy apagado,
y por tanto solo podemos verlos cuando están muy cerca de nosotros.
Los últimos descubrimientos de enanas marrones y planetas aislados
en la vecindad solar,
revelan que existen estos cuerpos con temperaturas de...
muy próximas a cero grados centígrados,
que es la temperatura de nuestro planeta Tierra.
Esto confirma...
lo que la teoría de evolución de objetos subestelares predice,
que estos cuerpos evolucionan desde el momento de su formación
hacia temperaturas y luminosidades cada vez más débiles,
alcanzando temperaturas típicas bajo cero.
Solo podemos detectarlos, con la tecnología de hoy día,
cuando se encuentran a distancias muy próximas del Sistema Solar.
De ahí que los descubrimientos recientes
los hayan hallado a distancias de tan solo dos pársec.
Uno de ellos, una enana marrón binaria,
formada por dos enanas marrones de unas 40 veces la masa de Júpiter,
resulta ser el tercer sistema más próximo al Sistema Solar,
y este descubrimiento es de hace apenas tres años.
Pudiera ser que el cuerpo más próximo al Sistema Solar
fuera un cuerpo subestelar, más posiblemente un planeta aislado,
y no una estrella como es Próxima Centauri a día de hoy,
pero todavía este objeto no se ha encontrado.
Los descubrimientos, desde mediados de los años 90,
revelan que la formación de estos sistemas planetarios
y de estos cuerpos subestelares,
es más compleja de lo que habíamos predicho.
Existen varias teorías.
Ninguna explica todos los cuerpos que conocemos a día de hoy.
Es posible que una combinación de todas las teorías sea la realidad.
La teoría más factible para...
o la que mejor está funcionando para explicar
la presencia de estrellas y enanas marrones es la siguiente:
el colapso y fragmentación de nubes moleculares.
Por circunstancias posiblemente ajenas a la nube,
una nube molecular formada de gas y polvo en las galaxias se fragmenta,
los fragmentos comienzan a colapsar por su propia gravedad,
se fragmentan de nuevo,
y los nuevos fragmentos más pequeños colapsan por su propia gravedad,
y así sucesivamente.
De esta manera, podemos formar estrellas,
estrellas binarias, enanas marrones,
pero la teoría tiene un límite
para la formación de los cuerpos más pequeños en masa
y no es capaz de explicar la presencia de planetas aislados
en nuestra galaxia.
Para explicar los planetas aislados y los planetas en torno a estrellas,
tenemos otra teoría...
que es la formación de los sistemas planetarios
de los planetas alrededor de las estrellas,
mediante el acrecimiento de material que existe
en los discos protoplanetarios alrededor de las estrellas jóvenes.
Con esta teoría,
los planetas se formarían en órbita alrededor de las estrellas centrales,
a partir del material del disco,
se formaría primero un núcleo del planeta, rocoso,
es decir, formado con material sólido;
si ese núcleo rocoso es capaz de alcanzar una masa suficiente,
atraparía el gas circundante que existe en el disco protoplanetario.
De esta manera podríamos explicar sistemas planetarios como el nuestro,
pero no podríamos explicar sistemas planetarios como el de 51 Pegasi B,
donde el planeta gigante
que ha atrapado una gran cantidad del gas del disco protoplanetario
se encuentra en órbitas muy interiores,
muy cercanas a su estrella.
Existen otras teorías
para explicar sistemas planetarios y planetas aislados,
como la formación de planetas
por la inestabilidad de los discos protoplanetarios.
Estas teorías requieren que los discos sean muy masivos,
se fragmenten,
estos fragmentos, típicamente se encuentran
en órbitas alejadas de los sistemas planetarios,
y los planetas, por interacciones dinámicas,
interiores al sistema,
pueden sufrir expulsiones del sistema,
abandonarían su lugar de nacimiento, que era el sistema planetario,
y pasarían a formar parte de la población
que surca los espacios de nuestra galaxia.
De ahí que pudiéramos ver éstos planetas aislados,
que son cuerpos tan fríos
cuando alcanzan edades de miles de millones de años.
El estudio de los objetos subestelares
está moviendo a día de hoy grandes recursos humanos y económicos,
y es uno de los objetivos científicos principales
de los grandes proyectos del futuro.
El telescopio espacial James Webb,
que esperamos sea lanzado a finales del año 2018,
tiene como objetivo científico
estudiar y caracterizar sistemas planetarios y cuerpos ultrafríos,
también así designados a las enanas marrones y los planetas aislados.
Otros proyectos espaciales,
que se lanzarán también esperamos en 2018
son las misiones TESS de la NASA,
la misión CHEOPS,
una colaboración suiza y de la Agencia Espacial Europea,
que tienen como objetivo
buscar planetas alrededor de estrellas brillantes,
próximas al Sistema Solar,
por la técnica de los tránsitos fotométricos;
y ya más a largo plazo está la misión PLATO,
una misión de la Agencia Espacial Europea,
cuyo objetivo científico es buscar planetas
alrededor de estrellas por la técnica de tránsitos,
en concreto, la misión PLATO,
se centra en detectar planetas rocosos como la Tierra
en las zonas de habitabilidad alrededor de las estrellas.
En Astrofísica, definimos la zona de habitabilidad
como aquellas órbitas alrededor de las estrellas
en las cuales planetas con la masa y tamaño parecido a nuestra Tierra
podrían tener temperaturas adecuadas
para la existencia de agua líquida en su superficie,
no agua sólida ni agua en estado gaseoso, sino agua líquida,
porque desde el punto de vista biológico
la presencia de agua líquida
es esencial para la vida en los planetas,
de ahí que llamemos a estas órbitas zonas de habitabilidad.
Los instrumentos del futuro para observatorios terrestres
están en marcha.
Existen proyectos de telescopios de gran diámetro
como el Extremely Large Telescope del Observatorio Europeo Austral,
que se instalará en Chile,
también existen proyectos de telescopios de 30 metros
en el continente americano,
y uno de los objetivos científicos
de estos grandes proyectos instrumentales
sigue siendo el estudio de los sistemas planetarios,
apuntando sobre todo a sistemas planetarios
con planetas rocosos en la zona de habitabilidad.