El planeta más antiguo

Antes de que el Sol y la Tierra hubiesen nacido, un planeta joviano se formó en torno a una estrella de tipo solar. Ahora, 13.000 millones de años más tarde, el Telescopio Espacial Hubble ha medido con precisión la masa de dicho mundo, el más lejano y antiguo conocido hasta el momento. Este antiguo planeta tiene una historia interesante, pues se ha originado en un lugar complejo: orbita un par peculiar de estrellas cuyo combustible se halla prácticamente agotado, en una zona dénsamente poblada de un cúmulo globular.

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Este nuevo descubrimiento del Hubble cierra una década de especulación y debate sobre la naturaleza real de este antiguo mundo, de 2.5 veces la masa de Júpiter y que tarda un año en completar una órbita en torno a su sistema estelar. La existencia del mismo ofrece una evidencia de que los primeros planetas en el Universo se formaron con cierta rapidez, más o menos unos 1000 millones de años tras el Big-Bang; los astrónomos piensan que de ello se puede deducir que los sistemas planetarios deben ser muy comunes en el Cosmos.

M4 es un cúmulo globular de 100.000 estrellas que se halla localizado a unos 5600 años luz de la Tierra y que resulta relativamente fácil de observar en la constelación de Escorpio, visible en las noches de verano. Esta imagen del Hubble se obtuvo en abril de 1996 y en ella, gracias a la Cámara de Campo Amplio y Planetaria 2, se han podido resolver estrellas individuales cerca del núcleo densamente empaquetado del cúmulo globular. Con una flecha se señala la enana blanca que pertenece al sistema en el que se halla el planeta. El pulsar, no visible en esta toma, fue descubierto mediante radioastronomía. El planeta es muy débil y pequeño como para poder ser detectado.
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Este planeta se halla en el núcleo del antiguo cúmulo globular M4, situado a 5600 años luz de la Tierra y visible desde nuestro planeta en la constelación de Escorpio. Los cúmulos globulares son acumulaciones de estrellas pobres en elementos pesados (o sea, con baja metalicidad); los elementos pesados se forman por procesos de fusión nuclear en los núcleos de estrellas y en las violentas explosiones de supernovas. Debido a las características de los cúmulos globulares, los astrónomos siempre habían considerado que en el seno de estos objetos no podían formarse planetas; el hecho de que el Hubble intentase sin éxito localizar planetas extrasolares gaseosos en el cúmulo globular 47 Tucanae reforzó de hecho más esta hipótesis. El actual descubrimiento parece indicar que los científicos estaban buscando en el lugar inadecuado y que los mundos jovianos que orbitan a grandes distancias de sus estrellas parentales podrían ser comunes en los cúmulos globulares.

Steinn Sigurdsson, de la Universidad Estatal de Pennsylvania, comenta al respecto: «Nuestras mediciones ofrecen importantes evidencias de que los procesos de formación de planetas son eficientes a la hora de emplear pequeñas cantidades de elementos pesados; ello implica que la formación de planetas tuvo lugar en etapas muy tempranas tras la formación del Universo». Los planetas probablemente son abundantes en las estrellas situadas en los cúmulos globulares: esto se basa en el hecho de que este mundo fue descubierto en un lugar un tanto inusual: orbitando dos estrellas capturadas cerca del poblado núcleo del cúmulo globular, una de ellas una enana blanca y otra una estrella de neutrones. En estas regiones de estos cúmulos, los sistemas planetarios tienden a ser disgregados debido a las interacciones gravitacionales con las estrellas próximas.

La historia del descubrimiento del planeta comenzó en 1988, cuando se descubrió un pulsar (denominado PSR B1620-26) en M4. Se trata de una estrella de neutrones que gira unas 100 veces por segundo, emitiendo pulsos de radio regulares al estilo de un faro. Pronto los astrónomos descubrieron la enana blanca del sistema debido al efecto que ésta produce en la señal de radio del pulsar, hallándose que ambas giran en torno a un centro de gravedad común tardando medio año en completar una órbita. Algo más tarde, los astrónomos hallarían más irregularidades en la señal pulsar que llevarían al descubrimiento de un tercer objeto que también orbita estas dos estrellas. Inicialmente se sospechaba que tal objeto podría tratarse de un planeta, pero esto no se podía aún asegurar, pues existía una cierta probabilidad de que fuese realmente una enana marrón o una estrella de masa muy baja. El debate sobre la identidad de este mundo continuaría durante toda la década de los ’90.

Sigurdsson, Richer, y otros investigadores pusieron fin al debate realizando la medición de la masa de este planeta empleando un detectivesco juego astronómico: existían datos muy fiables del Hubble a mediados de los ’90, obtenidos en el transcurso de un estudio de enanas blancas en M4. Analizando la información disponible, los científicos fueron capaces de detectar la enana blanca que orbitaba el pulsar y medir su color y temperatura. Empleando modelos evolutivos desarrollados por Brad Hansen (de la Universidad de California) los astrónomos estimaron la masa de esta enana blanca. Estos resultados fueron comparados con las variaciones en la señal del pulsar, permitiendo a los astrónomos calcular la inclinación de la órbita de la enana blanca observada desde la Tierra. Cuando todo ello se combinó con los estudios de radio del pulsar, se pudo obtener la inclinación de la órbita y la masa del planeta con bastante precisión. Con una masa de 2.5 masas jovianas, este objeto es muy pequeño como para ser una estrella o una enana marrón y por tanto debe tratarse de un planeta.

Cuando este planeta nació, probablemente orbitaba un sol amarillento a una distancia similar a la que Júpiter gira en torno a nuestra estrella. Este mundo soportó la fuerte radiación ultravioleta, radiación procedente de las supernovas y frentes de choque producida durante los violentos nacimientos y muertes de estrellas.

Cuando en la Tierra comenzaba a surgir la vida celular, el planeta y la estrella se iban hundiendo poco a poco en el núcleo del cúmulo globular M4. En esta región tan densa, ambos se fueron aproximando a un antiguo pulsar, formado en una explosión de supernova cuando M4 era muy joven. Dicho pulsar tenía en ese momento un compañero estelar, pero en un lento juego gravitacional la estrella y el planeta fueron capturados por el pulsar, mientras que el compañero del propio pulsar fue expulsado al espacio. El conjunto resultante, que es el que ahora observamos (estrella, planeta y pulsar) fue arrojado gravitacionalmente hacia regiones exteriores, menos densas, del cúmulo. Posteriormente, la estrella se transformaría en una gigante roja, emitiendo materia hacia el exterior, parte de la cual sería atrapada por el pulsar, produciendo un incremento en su periodo de rotación hasta transformarse en un pulsar milisegundo. Mientras tanto, el planeta permaneció en su "ociosa" órbita a una distancia similar a la de Urano al Sol.


El planeta estudiado es un gigante gaseoso, sin una superficie sólida como la Tierra. Debido a su temprana formación probablemente carece de carbono y oxígeno, razón por la cual es muy improbable que la vida surgiese en un mundo de este tipo. Incluso si éste hubiese contado con algún satélite, difícilmente la vida podría haber sobrevivido a las intensas erupciones de rayos X que acompañaron al "despertar" del pulsar. Desgraciadamente es muy improbable que civilización alguna pudiese ser testigo de esta historia dramática, que comenzó poco después del propio principio del tiempo.

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Las preguntas clave sobre este descubrimiento
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* ¿Cómo saben los astrónomos que este planeta es tan antiguo?
Este planeta fue descubierto en un lugar muy antiguo, el dénsamente poblado centro de un cúmulo globular denominado M4, que se halla a 5600 años luz mirando hacia la constelación de Escorpio, fácilmente observable en los meses veraniegos. La mayor parte de los cúmulos globulares se formaron durante la historia temprana del Universo, hace aproximadamente unos 13000 millones de años. En ellos, el nacimiento de estrellas es actualmente nulo y la población estelar que contiene es muy vieja.

* ¿Por qué es este descubrimiento tan importante?
Este descubrimiento sugiere que el Universo fue bastante eficiente a la hora de crear planetas en las etapas tempranas de su historia, a pesar de que el "material de construcción de planetas" en ese momento era muy escaso. Los elementos pesados necesarios para formar los núcleos de estos mundos no era abundantes hasta que las primeras estrellas comenzaron a fabricar oxígeno, silicio, nitrógeno, etc., en sus hornos nucleares de fusión. Este descubrimiento implica que nuestra galaxia presenta una importante abundancia en sistemas planetarios y de ahí se puede sugerir que "en donde existen planetas puede ser que haya vida".

* ¿Este descubrimiento plantea nuevos misterios?
La presencia del planeta consitituye un desafío para los astrónomos a la hora de rediseñar sus teorías sobre los modelos de formación planetaria. Hasta el momento se pensaba que era necesaria una gran cantidad de elementos pesados y mucho tiempo para formar planetas del tamaño de Júpiter. Pero parece ser que la formación de este tipo de mundos tuvo lugar muy pronto en la historia del Universo, en los momentos en los que las estrellas estaban comenzando a aparecer.

* ¿Qué aspecto puede tener el planeta?
Este mundo es muy débil y lejano como para que el Hubble sea capaz de fotografiarlo. Posiblemente pueda ser similar a Júpiter, tan grande que este formado por hidrógeno y helio y muestre cinturones y bandas nubosas. Es posible que este mundo también tenga algunas lunas y anillos.

* ¿Podría existir la vida allí?
En el hipotético caso de que este planeta estuviese habitado, sería por una de las civilizaciones más antiguas de nuestra galaxia; sus formas de vida ya habrían sufrido una larga evolución en el momento en el que la Tierra sólo contaba con células primitivas en nuestros océanos primordiales. No obstante, tenemos que tener en cuenta que este planeta se trata de un mundo gaseoso como Júpiter, de tal modo que no contiene una superficie sólida en la que se pueda haber desarrollado la vida. Además, la radiación a la que este planeta ha sido sometido y las condiciones físicas del mismo lo hacen totalmente inapropiado para la existencia de vida tal y como la conocemos.

* ¿Por qué el Hubble no descubrió anteriormente planetas en cúmulos globulares?
A finales de los años ’90 el Telescopio Espacial Hubble intentó localizar planetas que transitasen frente a alguna de las estrellas del cúmulo globular 47 Tucanae. Estas observaciones solamente podrían detectar planetas gigantes que se situasen próximos a sus estrellas parentales. El hecho de que éstos no fuesen encontrados no elimina la posibilidad de la existencia de planetas en los cúmulos globulares, pero curiosa e intrigantemente sí sugiere que este tipo de jovianos que orbitan en torno a otras estrellas no parecen formarse en dichos cúmulos.

* ¿En torno a qué tipo de estrella orbita este planeta?
Cuando se formó el planeta, éste orbitaba alrededor de una estrella de tipo solar. Posteriormente este astro sería capturado por una densa estrella de neutrones que emite haces de ondas de radio (pulsar).

* ¿Cuánto tiempo se tardó en hallar el planeta?
El pulsar ocultó inicialmente la presencia del planeta en las observaciones realizadas en los años ’80. Mediante la medición precisa de las variaciones periódicas que sufre su señal de radio se descubrió que este objeto estaba siendo gravitacionalmente afectado por dos cuerpos orbitales: la enana blanca de detectó en los años ’90, pero la presencia del planeta fue objeto de debate durante toda una década. Finalmente, las observaciones del Hubble sirvieron para calcular la masa de este planeta (2.5 veces la de Júpiter). El descubrimiento descarta que este cuerpo sea una estrella enana marrón, ya que estos objetos son considerablemente más masivos.

* ¿Cómo se realizó la medición de la masa del planeta con el Hubble?
Los astrónomos tuvieron que llevar a cabo un trabajo detectivesco para medir la masa del planeta: se emplearon observaciones anteriores del Hubble para estudiar una estrella enana blanca en torno a la cual orbita el planeta. Sabiendo el color y la temperatura de la enana blanca, los astrónomos pudieron deducir su edad y masa, datos que se emplearían para calcular la inclinación de su órbita en torno al pulsar. Ello permitiría posteriormente hallar la masa del planeta, asumiendo que la órbita del mismo presenta una inclinación similar.

Noticia:
http://hubble.stsci.edu/newscenter/archive/2003/19/text
http://www.newsroom.ucla.edu/page.asp?id=4343
http://science.nasa.gov/headlines/y2003/10jul_psrplanet.htm?list604820
Imágenes:
http://hubble.stsci.edu/newscenter/archive/2003/19/image
Imagen de la Vía Láctea y de la constelación de Escorpio:
http://hubble.stsci.edu/newscenter/archive/2003/19/image/g
Videos y animaciones:
http://hubble.stsci.edu/newscenter/archive/2003/19/video
Más información:
http://hubble.stsci.edu/newscenter/archive/2003/19/astrofile
Información sobre el cúmulo 47 Tucanae:
http://hubble.stsci.edu/newscenter/archive/1994/11/image/a