E-ELT y SIM: las dos caras del estudio de exoplanetas

Cuando finalice su construcción en 2018, el E-ELT (European Extremely Large Telescope) será el telescopio más grande del mundo. Su espejo primario tendrá unos impresionantes 42 metros de diámetro y estará formado por casi mil segmentos hexagonales. Cada uno de ellos medirá 1,45 metros, un tamaño comparable al de muchos telescopios profesionales. Este monstruo podrá alcanzar una resolución de una milésima de segundo de arco y captará 15 veces más luz que los telescopios más grandes en servicio hoy en día. El E-ELT promete revolucionar muchas áreas de la astronomía, ¿pero qué podrá enseñarnos sobre los planetas extrasolares?

 
Un júpiter caliente, el tipo de planeta extrasolar más común conocido hasta la fecha (ESO).

Este telescopio tendrá una sensibilidad cien veces mayor que los existentes a la hora de descubrir exoplanetas mediante el método de la velocidad radial. Esto significa que se podrán medir velocidades de sólo 1 cm/s (!), lo que permitirá detectar exotierras, es decir, planetas terrestres que orbiten en la zona habitable de sus estrellas. Actualmente, los mejores instrumentos han conseguido llegar a la barrera de 1 m/s. Impresionante, pero insuficiente para descubrir exotierras, ya que se necesita una precisión mínima de 10 cm/s para esta tarea. Con el fin de detectar este tipo de planetas, el E-ELT deberá mantener este nivel de precisión en las observaciones durante largos periodos de tiempo. La precisión final dependerá por tanto del diseño definitivo de los instrumentos.


El E-ELT (ESO).

Pero seamos sinceros. Descubrir una exotierra por el método de la velocidad radial -o del tránsito- es algo fascinante, pero las limitaciones de esta técnica nos impiden saber nada acerca de las condiciones de habitabilidad en su superficie. Además, en 2018 ya habremos descubierto con toda seguridad varias exotierras gracias a otros telescopios terrestres y misiones como Kepler. Lo que queremos es ver estos planetas directamente. Nada de gráficas extrañas, sino una imagen de verdad. ¿Es posible?

El reto en este caso es alcanzar el contraste suficiente para visualizar un planeta que se halla inmerso en el brillo de su estrella. El telescopio espacial James Webb podrá alcanzar contrastes de una cien milésima o incluso una millonésima, lo mismo que la nueva generación de telescopios de 8 metros de diámetro -o mayor- con instrumentos optimizados para tal fin. Si queremos ver una exotierra, el E-ELT debería alcanzar contrastes de 10^-9 para objetos situados a menos de 0,1 segundos de arco de la estrella. Usando las últimas técnicas de óptica adaptativa, el E-ELT podría alcanzar este objetivo, pero por muy poco. Empleando un coronógrafo, será capaz de ver planetas de tamaño terrestre situados a más de 10 UA (Unidades Astronómicas), incluso puede que algunos situados a 3 UA, pero resultará complicado reducir la distancia mínima. En cualquier caso, las estrellas estudiadas deberían estar situadas a una distancia máxima de 15-30 años luz, lo que limita el número de candidatos (aunque hay más de 400 estrellas en este volumen de espacio). Eso sí, no tendrá ningún problema para visualizar y obtener espectros atmosféricos de baja resolución de gigantes gaseosos o supertierras (especialmente si todavía están formándose y emiten profusamente en infrarrojo), lo que no es moco de pavo. Por supuesto, también será capaz de obtener espectros de planetas gigantes que transiten por delante del disco estelar, del mismo modo que el telescopio espacial infrarrojo Spitzer. Lo que no podrá hacer el E-ELT es obtener imágenes de la superficie de las exotierras o estudiar sus posibles océanos o continentes.


Simulación de la observación directa por el E-ELT de un planeta de la masa de Júpiter situado a 1 UA de una estrella de tipo solar. El planeta es el punto brillante situado a la derecha (ESO).

E-ELT nos permitirá aprender mucho acerca de los exoplanetas, pero la mayor parte de los mundos que estudie habrán sido descubiertos previamente por otros proyectos. El tiempo de observación de un telescopio gigante vale su precio en oro y no es posible mirar estrellas al azar con el fin de descubrir un nuevo planeta. Es por esto que misiones como Kepler son tan importantes, ya que no sólo nos permiten descubrir exotierras, sino cuantificar su abundancia y las probabilidades de que existan mundos similares a la Tierra en nuestro rincón de la galaxia.

Kepler descubre planetas mediante el método del tránsito, pero la NASA tenía prevista otra misión espacial complementaria denominada SIM Lite. Y utilizo el tiempo pasado porque la agencia espacial ha decidido abandonar esta misión, actualmente en la Fase B, y que debía ser lanzada no antes de 2017. Aunque oficialmente no ha sido cancelada, la NASA no aportará más fondos por el momento. SIM Lite debía descubrir planetas estudiando el movimiento de las estrellas alrededor del centro de masas del sistema planetario, es decir, el mismo principio usado por el método de la velocidad radial. Pero, a diferencia de este método, no se limitaría a detectar el movimiento estelar a través de la medida del efecto Doppler en las líneas espectrales, sino que podría verlo directamente. Es lo que se conoce como astrometría, una técnica complementaria a los métodos del tránsito y la velocidad radial. Mientras que éstos favorecen la detección de planetas gigantes situados cerca de sus estrellas y cuyo plano orbital sea paralelo a nuestra línea de visión, a la astrometría se le da bien descubrir planetas que orbiten lejos de sus estrellas y con planos orbitales perpendiculares. SIM Lite hubiera empleado para tal fin un interferómetro Michelson formado por dos telescopios de 50 cm situados a una distancia de 6 metros.


SIM Lite (NASA).


El sistema óptico de SIM Lite (NASA).

¿Y qué tenía de especial esta misión? ¿Acaso no es similar a Kepler? Pues no, porque la distancia media de los planetas descubiertos por Kepler es enorme, mientras que SIM Lite se hubiera concentrado en las estrellas situadas a menos de 32 años luz de la Tierra. Desde el punto de vista astronómico puede parecer irrelevante que un planeta esté situado a 10 años luz o a mil, pero hay dos diferencias fundamentales. La primera, obvia, es que cuanto más cerca esté, más fácil será estudiarlo en detalle con futuros telescopios espaciales o terrestres como el E-ELT -¡pero recuerda que primero hay que descubrirlo!-. La segunda es que las exotierras que debía haber descubierto SIM Lite estarían en nuestro vecindario cósmico, es decir, podrían ser destinos potenciales para misiones interestelares en un futuro no excesivamente lejano. Sí, ya sé que suena a ciencia ficción, pero al fin y al cabo ese es el objetivo último de la búsqueda de planetas parecidos a la Tierra.


Comparación entre varios métodos de detección y SIM Lite (NASA).


Comparativa de las capacidades de detección de exoplanetas entre distintos métodos. Se incluye el E-ELT con coronógrafo (NASA).


Abundancia de los exoplanetas conocidos en función de su masa en 2009 (NASA).

La desaparición de SIM Lite no impedirá que detectemos exotierras, pero sí limitará gravemente nuestra capacidad para descubrir aquellas situadas cerca de la Tierra. SIM Lite se suma así a otros proyectos exoplanetarios que no han podido salir adelante: en 2007 se canceló la misión europea Darwin y el TPF de la NASA sigue en el limbo administrativo. Sin duda, estamos ante una enorme paradoja. Durante décadas hemos soñado con la posibilidad de la existencia de mundos similares al nuestro, pero ahora que tenemos la tecnología para detectarlos, renunciamos a ello. Por suerte, siempre nos quedarán telescopios como el E-ELT o el TMT.

Más información:

• E-ELT (ESO).
  
• SIM Lite Book, (NASA, 2009).