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Planet Gazer
Cuando era niña, Sara Seager estaba convencida de que la luna la seguía adondequiera que fuera. La emoción de mirarlo a través de un telescopio cuando tenía cinco años es uno de sus primeros recuerdos.
Sara Seager
Mientras Seager miraba por primera vez la Luna en 1976, los astrónomos de la NASA ya estaban discutiendo la necesidad de un telescopio infrarrojo espacial. Cuando el Telescopio Espacial Spitzer se puso en órbita casi tres décadas después, la propia Seager sería una de las científicas que lo usaría para estudiar las atmósferas de los planetas más allá de nuestro sistema solar, planetas que nadie estaba seguro de que existieran 10 años antes.
En 1995, la luna había seguido a Seager hasta la escuela de posgrado en Harvard, donde estaba eligiendo un tema de tesis de doctorado. Ese otoño, los científicos suizos anunciaron que habían visto un planeta orbitando una estrella en la constelación de Pegaso, el primero de los que pronto serían varios planetas detectados fuera de nuestro sistema solar. Seager escribió su tesis sobre cómo las atmósferas de los Júpiter calientes (planetas extrasolares que son gigantes y gaseosos, como Júpiter, pero mucho más cercanos a sus estrellas y por lo tanto más de 10 veces más calientes) se ven afectadas por la radiación de sus estrellas. Hoy en día, se la considera una pionera en el estudio de planetas extrasolares o exoplanetas. En algunos campos, simplemente se logra un progreso gradual hacia preguntas que han estado ahí durante décadas, dice ella. En este campo, se nos ocurren tantas preguntas como respuestas.
Con más de 200 exoplanetas ahora documentados, los investigadores están comprensiblemente entusiasmados por tener tanto territorio nuevo para explorar y explicar. Las personas están entusiasmadas y solo quieren hacer cosas nuevas, pero a menudo no son tan cuidadosas como deberían, dice Seager. Es como el salvaje oeste. Las cosas pasan tan rápido, simplemente haces cosas. Entonces te vas. Deseosa de aportar más sofisticación al campo, se unió a la facultad del MIT en enero para lanzar un nuevo programa en planetas extrasolares y está desarrollando un curso de exoplanetas que impartirá en el otoño. Vine aquí para traer algunos de los conocimientos y herramientas [de la ciencia atmosférica del MIT] a la investigación de la atmósfera de exoplanetas, dice. Como profesora asociada Ellen Swallow Richards en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias, Seager ahora se codea con meteorólogos y científicos atmosféricos, así como con otros astrónomos. Los mapas topográficos de los Estados Unidos y el mundo enmarcan la puerta de su oficina del Edificio Verde, donde reflexiona sobre planetas mucho más allá de nuestro sistema solar.
El laboratorio de Seager consiste en su cerebro y su computadora, que está almacenada con datos recolectados sobre la atmósfera de la Tierra por el telescopio Spitzer. Su oficina contiene poco más. Cajas de archivos de su último trabajo, como investigadora principal en la Carnegie Institution de Washington, se alinean en una pared; desempacarlos le quitaría tiempo a su investigación. Una pizarra cuelga de otra, cubierta con diagramas que ilustran técnicas que ella y otros desarrollaron para obtener pistas sobre las atmósferas de los exoplanetas.
Cuando los astrónomos descubrieron el primer exoplaneta, se sorprendieron al encontrarlo siete veces más cerca de su estrella que Mercurio del Sol. Su proximidad a una estrella deslumbrantemente brillante hizo que fuera extremadamente difícil de estudiar. Pero Seager sabía que en poco tiempo, alguien encontraría un exoplaneta que, visto desde la Tierra, transitaría frente a su estrella y luego desaparecería detrás de ella. (La probabilidad de que un exoplaneta en órbita cercana transite su estrella es de aproximadamente el 10 por ciento). Los astrónomos podrían usar un método ideado a mediados del siglo XX para estudiar estrellas binarias eclipsantes: midiendo la ligera caída en la luz de la estrella cuando el exoplaneta pasa frente a él, podrían calcular la relación entre el área del planeta y la de su estrella.
Efectivamente, en 1999 los astrónomos observaron el séptimo exoplaneta de órbita cercana transitando su estrella a unas 904 billones de millas de la Tierra. Un gigante gaseoso con temperaturas que pueden superar los 1.300 ° C, el exoplaneta HD 209458b está clasificado como un Júpiter caliente. También es uno de los dos exoplanetas en tránsito conocidos cuyas estrellas brillan con suficiente luz a través de sus atmósferas para brindarles a los astrónomos los datos que necesitan para realizar estudios detallados.
La única forma en que los astrónomos pueden aprender sobre la atmósfera de otro planeta es estudiando la transferencia radiativa del planeta o la propagación de la luz a través de su atmósfera. Pero HD 209458b está tan cerca de su estrella que completa su órbita en tres días y medio, e incluso el Spitzer, que detecta luz infrarroja al nivel de 1 parte por 1000, no puede por sí solo distinguir la luz del planeta de las estrellas. Entonces, como parte de un grupo de investigación con base en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Seager y sus colegas utilizaron un cálculo simple para aislar la luz del planeta. Con el espectrógrafo infrarrojo del Spitzer, los investigadores midieron la luz de la estrella y el planeta juntos (cuando ambos son visibles) y restaron la luz de la estrella sola (cuando eclipsa al planeta).
El espectrógrafo, que funciona como un prisma, también separó la luz del planeta en las longitudes de onda que la componen. Los investigadores analizaron la luz en cada longitud de onda, buscando características que pudieran identificar moléculas en la atmósfera del exoplaneta. En la edición del 22 de febrero de Naturaleza , informaron que recopilaron los primeros datos espectrales de HD 209458b en el transcurso de dos eclipses en julio de 2005, y explicaron sus hallazgos algo sorprendentes.
Para hacer su análisis espectral, e incluso para decidir qué buscar en primer lugar, los investigadores utilizaron modelos de posibles atmósferas de exoplanetas que Seager había desarrollado. Cuando la luz de las estrellas brilla en un planeta, los fotones encuentran moléculas en la atmósfera; dependiendo de la molécula que golpee, un fotón puede ser absorbido, dispersado o reemitido en una longitud de onda diferente. Al observar los fotones que emergen de la atmósfera, Seager puede determinar qué moléculas contiene la atmósfera. Los fotones son nuestra moneda, dice.
Para crear sus modelos de cómo podría verse un Júpiter caliente, Seager adaptó un modelo no de otro planeta sino de una estrella fría, como nuestro sol. Primero lo alteró para acercar su temperatura a la de Júpiter. Luego consideró qué átomos y moléculas se encontrarían en un planeta caliente en equilibrio químico. Debido a que el sodio, por ejemplo, parecía un candidato probable, agregó sus propiedades a su modelo para crear una firma espectral indicativa de la presencia de sodio. Cuando se descubrió HD 209458b en 1999, Seager, entonces una doctora recién creada, ingresó los datos disponibles sobre el planeta en sus modelos y predijo la presencia de sodio (entre otras cosas) en la atmósfera que se suponía que tenía. Usando sus modelos, los astrónomos diseñaron experimentos que hicieron que el telescopio espacial Hubble buscara sodio. En 2001, esos experimentos produjeron la primera detección de la atmósfera de un planeta extrasolar y confirmaron la predicción de Seager.
Cuando Seager y sus colegas hicieron que el Spitzer observara HD 209458b en 2005, esperaban encontrar evidencia de moléculas de agua en la atmósfera. Pero no apareció tal evidencia. Sin embargo, los investigadores observaron lo que creen que es la firma espectral de las nubes de silicato, debajo de las cuales puede quedar atrapado el vapor de agua. Seager también plantea la hipótesis de que en el lado diurno del exoplaneta, la temperatura puede ser constante en toda la atmósfera, en cuyo caso habría un equilibrio: cualquier evidencia de absorción de agua sería anulada por la evidencia de emisión de agua.
Seager no se sorprende cuando los datos experimentales no coinciden con la mayoría de los cientos de modelos que ha construido hasta ahora. Así es como la naturaleza es más creativa que nosotros, dice, feliz de que sea posible decir con certeza qué elementos existen en un planeta a unos 150 años luz de distancia. De hecho, podemos caracterizar las atmósferas de exoplanetas, dice. Hace cuatro años, nadie hubiera creído que pudieras hacerlo.
Ansiosa por obtener más datos para conectar a sus modelos, Seager es parte de un esfuerzo liderado por el MIT para desarrollar y, para 2009, lanzar un satélite privado llamado TESS, que ampliará la búsqueda de exoplanetas. Spitzer solo puede mirar cosas que ya sabemos y solo puede ver una estrella a la vez, explica. Esto va a mirar literalmente millones de estrellas, buscando esta pequeña caída en el brillo que indica el tránsito de un planeta.
Seager espera encontrar planetas rocosos; idealmente, orbitando estrellas brillantes para que haya suficiente luz para estudiarlos. Los planetas gigantes gaseosos son aburridos porque tienen todos los gases con los que nacieron, dice. La Tierra, sin embargo, ha evolucionado; por ejemplo, los primeros volcanes arrojaron gases y las plantas producen una gran cantidad de oxígeno. Además, los gigantes gaseosos están demasiado calientes para la vida. Queremos poder encontrar planetas que puedan albergar vida, dice Seager, quien cree absolutamente que hay vida más allá de nuestro planeta.
No vamos a ver gente pequeña verde, advierte, y agrega que no está interesada en conocer a ningún extraterrestre ella misma. Lo más probable, dice, es que encontremos bacterias. Pero incluso eso podría ser revelador. Si podemos encontrar vida en otros lugares, puede ser una pista de dónde venimos, dice.
Seager cree que hay muchas posibilidades de que detectemos signos de vida en otros planetas durante su vida. Pero, bromea, espero vivir mucho tiempo.