miércoles, 20 de julio de 2016

Ciencias: ¿Existe otro planeta en el Sistema Solar? Daniel Martín Reina



En enero de 2016 los astrónomos Mike Brown y Konstantin Batygin anunciaron que habían encontrado pruebas indirectas de la existencia de un nuevo planeta en el Sistema Solar. No era un mundo pequeño y helado como Plutón, sino un cuerpo de hasta 10 veces la masa de la Tierra y del tamaño de Neptuno, pero aún no hay pruebas directas de su existencia.


Hace miles de años ya se conocían cinco cuerpos celestes que no se mantenían fijos en el firmamento como las estrellas. Se les llamó planetas, de la palabra griega que significa “errante”. Eran Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno, una lista a la que se unió la Tierra en el transcurso del siglo XVII.
En 1781 William Herschel descubrió un séptimo planeta usando un telescopio (Urano), y en 1846 se descubrió Neptuno, el octavo planeta del Sistema Solar, a partir de las irregularidades del movimiento de Urano, que hacían pensar a los astrónomos que algo le estaba dando tirones gravitacionales.
Desde entonces las pequeñas desviaciones del movimiento esperado de un planeta se volvieron pistas de la existencia de otro. Tras el descubrimiento de Neptuno, los astrónomos quisieron ver evidencia de un planeta muy cercano al Sol en las anomalías del movimiento de Mercurio. Lo llamaron Vulcano. Hoy sabemos que Vulcano no existe. Las irregularidades de Mercurio se explican por medio de la teoría general de la relatividad.
Neptuno
  • Distancia al Sol: 30.1 UA 4 500 millones de km
  • Órbita: 164.8 años
  • Características: planeta con 14 lunas

Los confines del Sistema Solar

En 1906 el industrial y astrónomo aficionado Percival Lowell se convenció de que otro planeta desconocido, además de Neptuno, provocaba anomalías en la órbita de Urano. Lo bautizó Planeta X, pero a su muerte, en 1916, aún no lo había encontrado. En 1930 el astrónomo Clyde Tombaugh descubrió un nuevo planeta, al que se llamó Plutón. Aunque al principio Tombaugh creyó haber encontrado el Planeta X de Lowell, en realidad Plutón es demasiado pequeño para tener influencia gravitacional sobre Urano.
Desde su descubrimiento, los astrónomos habían considerado a Plutón el solitario habitante del vasto espacio que se extiende más allá de Neptuno. Sin embargo, a partir de la década de 1990, se han descubierto multitud de cuerpos con diámetros que varían entre 10 y 1 000 kilómetros en una región que se conoce como cinturón de Kuiper. El nombre hace referencia a Gerard Kuiper, astrónomo holandés que en 1951 predijo teóricamente su existencia y sugirió que algunos cometas tienen su origen en dicha región.
Hoy en día se han avistado más de 1 500 objetos del cinturón de Kuiper a distancias de entre 30 y 100 unidades astronómicas y se sospecha que puede haber miles de millones. Una unidad astronómica, o UA, es la distancia media entre el Sol y la Tierra, unos 150 millones de kilómetros. Neptuno se encuentra a unas 30 UA del Sol. Los cuerpos del cinturón de Kuiper (u objetos transneptunianos) fueron expulsados de las proximidades del Sol a esta remota región exterior cuando los planetas se reorganizaron hasta ocupar sus órbitas actuales y se consideran reliquias de la formación del Sistema Solar, hace unos 4 500 millones de años.
El Sistema Solar no termina en el cinturón de Kuiper. En 1950 el astrónomo holandés Jan Oort propuso que los cometas de periodo largo (más de 200 años) provienen de una región aún más lejana, hoy llamada nube de Oort. Localizada a casi un año luz de distancia del Sol (más de 63 000 UA), es una región fría y oscura. Los objetos que la componen posiblemente se cuentan por cientos de millones, pese a lo cual dos de ellos cualesquiera distarán entre sí millones de kilómetros. Aunque nadie la ha observado, los científicos estiman que la nube de Oort sí es la frontera del Sistema Solar. Más allá de esta región, la gravedad de otras estrellas de nuestra galaxia domina a la gravedad del Sol.
Plutón
  • Distancia al Sol: 39.5 UA 5 900 millones de km
  • Características: planeta enano con 5 lunas.

Pistas falsas

La búsqueda del Planeta X no terminó con Plutón. En 1999, el astrónomo británico John Murray anunció haber encontrado pruebas de la existencia de un nuevo planeta a partir del estudio de irregularidades en las órbitas de 13 cometas. Según Murray, el nuevo planeta era varias veces mayor que Júpiter, se encontraba 1 000 veces más lejos del Sol que Plutón y tardaba seis millones de años en completar una órbita alrededor de nuestra estrella. Rechazada por las prestigiosas revistas Nature y Science, Murray consiguió publicar su hipótesis en el boletín mensual de la Royal Astronomical Society del Reino Unido, pero nunca se ha demostrado.
Ese mismo año, los astrónomos John Matese y Daniel Withmire, de la Universidad de Luisiana, propusieron la existencia de un gigantesco planeta gaseoso situado en la nube de Oort. El planeta, tan grande como Júpiter y cuatro veces más pesado, fue apodado Tyche, en honor a la diosa griega de la fortuna y la prosperidad. Según las estimaciones de Matese y Whitmire, el planeta Tyche debería haber sido captado por el telescopio WISE de la NASA, que completó en 2012 un estudio en infrarrojo de todo el cielo. Sin embargo, tampoco ha habido fortuna en esta ocasión, y entre los datos de la misión WISE no se ha encontrado ni rastro de Tyche.
Sedna
  • Distancia al Sol: 86 UA 12 800 millones de km
  • Características: rojo
  • Tipo: objeto transneptuniano

Demasiada casualidad

La historia del intento más reciente de encontrar el Planeta X empezó en 2003, cuando Mike Brown, del Instituto Tecnológico de California (Caltech), y otros astrónomos descubrieron un cuerpo de cerca de 1,000 km de diámetro y tres veces más alejado del Sol que Plutón. Lo bautizaron Sedna, diosa del mar en la mitología esquimal, condenada a vivir en las frías profundidades del océano Ártico.
Sedna tiene varias peculiaridades que lo hacían único en esa época. Su órbita, muy alargada, no se parecía a ninguna otra. En su punto de máximo alejamiento del Sol se encuentra increíblemente lejos, a 930 UA. En su punto más próximo está a 76 UA (más del doble de la distancia de Neptuno) y se calcula que Sedna tarda unos 11 400 años en completar una vuelta a nuestra estrella. Esta órbita se parece a la de los cometas de periodo largo, cuyo origen se encuentra en la lejana nube de Oort, y que sufren la influencia de los planetas gigantes (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) al adentrarse en el Sistema Solar. Sedna, en cambio, está en medio de la nada: demasiado cerca para pertenecer a la nube de Oort, demasiado lejos para sentir la influencia de los planetas gigantes. Dicho de otra forma, nadie sabe cómo ha llegado hasta allí.
Años después, se puso de manifiesto que la órbita de Sedna no era tan especial. En 2012, los astrónomos descubrieron otro cuerpo celeste con una órbita muy parecida. Lo llamaron 2012 VP113. Al poco tiempo se sumaron otros cuatro objetos, y así fueron seis en total los cuerpos del cinturón de Kuiper con órbitas alargadísimas. Ahí no terminan los parecidos: resulta que las seis órbitas tienen el perihelio —el punto de máxima aproximación al Sol— en la misma región del espacio y además se encuentran prácticamente en el mismo plano.
¿Puede ser todo esto simplemente casualidad? Según los cálculos, la probabilidad de que esto se deba al simple azar es de 7 en 100 000, la misma que la probabilidad de obtener 14 veces el mismo resultado al lanzar al aire una moneda. Y si el responsable de esta situación fuera la influencia de los planetas gigantes, las simulaciones por computadora demostraban que las trayectorias se habrían vuelto a desordenar en un periodo muy breve en la escala cósmica. Todo apunta a que algo está manteniendo sus órbitas unidas en la actualidad.

Una aguja en un pajar cósmico

Mike Brown pensó que era el momento de recuperar la hipótesis del Planeta X. Para ello se alió con Konstantin Batygin, joven colega suyo, experto en simular las órbitas y las interacciones gravitacionales de los cuerpos celestes mediante modelos matemáticos. Brown y Batygin empezaron preguntándose si podría existir un planeta en una órbita muy lejana que abarcara las órbitas de los seis objetos celestes díscolos y los obligara a mantenerse alineados con su abrazo cósmico. La idea fue descartada, ya que no daba con precisión las órbitas observadas. Lo mismo ocurrió con otras hipótesis que probaron, hasta que por fin dieron con una que hacía encajar todas las piezas del rompecabezas. La solución era un planeta del tamaño de Neptuno, quizás algo menor. Su órbita debía ser tal que cuando los otros objetos se encuentran más cerca del Sol, el hipotético planeta estaría en su punto más alejado, y viceversa. La órbita del llamado Planeta Nueve sería también muy alargada, pues en ningún caso se acercaría a menos de 200 UA del Sol, pudiendo alejarse hasta la friolera de 1 200 UA. Con estos datos, el nuevo planeta tardaría unos 15 000 años en completar una vuelta alrededor del Sol.
Como sorpresa adicional, las simulaciones de Brown y Batygin predecían la existencia de una nueva colonia de objetos del cinturón de Kuiper con órbitas perpendiculares a la del Planeta Nueve. Pues bien, aunque ambos científicos lo ignoraban entonces, hay al menos cinco objetos conocidos con esta característica, lo que refuerza notablemente la hipótesis de los dos astrónomos del Caltech.
Si tan segura parece la existencia del Planeta Nueve, ¿por qué no lo hemos visto hasta ahora? El principal motivo es que, si acaso existe, está demasiado lejos. Allá donde se encuentre el Planeta Nueve, el Sol es apenas otra estrella en el firmamento, poco más brillante que el resto. Los datos del telescopio espacial de luz infrarroja WISE de la NASA han permitido descartar la existencia de planetas del tamaño de Saturno hasta una distancia de 10 000 UA, o del tamaño de Júpiter hasta 26 000 UA. Pero el Planeta Nueve sería más pequeño y podría haber pasado inadvertido. Por otro lado, los telescopios con la suficiente sensibilidad como para detectar cuerpos tan pequeños y lejanos, por ejemplo, el Hubble, tienen campos de observación extremadamente pequeños. Descubrir con ellos el Planeta Nueve es parecido a encontrar “una aguja en un pajar mirando a través de un popote”, como afirma la revista Science.
Planeta Nueve
  • Distancia al Sol: 200-1 200 UA
  • Masa: 10 veces superior a la de la Tierra
  • Radio: 3.7 veces más grande que el de la Tierra

Hipótesis con fundamento

Aunque todavía no estamos seguros de su existencia, sí podemos plantearnos algunas preguntas interesantes sobre el Planeta Nueve. Por ejemplo, ¿cómo se habría formado? La hipótesis más sólida es que el Planeta Nueve habría nacido muy cerca del Sol para luego ser expulsado a los confines del Sistema Solar por culpa de las interacciones gravitacionales con los otros cuatro planetas gigantes. De hecho, varios modelos de formación del Sistema Solar, como el llamado Modelo de Niza, ya predecían que alrededor del Sol se formaron originalmente cinco planetas gigantes. Uno de éstos, precisamente con la masa de Neptuno, acabó siendo expulsado del Sistema Solar tras pasar cerca de Júpiter, lo que habría permitido que el resto de los planetas gigantes llegaran sus órbitas actuales. El sacrificio del quinto planeta serviría para explicar la configuración del Sistema Solar que todos conocemos. El planeta de Brown y Batygin encajaría muy bien con este quinto planeta.
Hay, sin embargo, otra alternativa que también resulta fascinante, según la cual el Planeta Nueve no se habría formado en nuestro Sistema Solar, sino en los alrededores de alguna estrella vecina, y habría sido atrapado por la gravedad del Sol mientras viajaba a la deriva por nuestra galaxia. Esta hipótesis predice también que, además del Planeta Nueve, el Sol debería haber capturado otros cuerpos de menor tamaño. Estos objetos tendrían órbitas similares a las del noveno planeta y, en caso de encontrarse, serían una sólida prueba de que su origen hay que buscarlo más allá del Sistema Solar. Aunque esta hipótesis es bastante improbable (apenas un 2% según los cálculos más optimistas), sería irónico que los astrónomos estén buscando exoplanetas —planetas de otras estrellas— a miles de años luz mientras que posiblemente hay uno en nuestro propio Sistema Solar.
¿Y qué hay de su composición interna? También aquí los expertos se han aventurado a realizar algunas suposiciones. Los científicos creen que el Planeta Nueve tiene una masa igual a 10 veces la de la Tierra, un radio 3.7 veces más grande que nuestro planeta y una temperatura superficial de 226º C bajo cero (47 K). Aunque parezca muy baja, esta temperatura es casi 40º C superior a la esperada para un cuerpo que se encuentra tan lejos del Sol. La explicación estaría en el interior del Planeta Nueve, que podría poseer un núcleo de hierro a una temperatura de 4 000º C, rodeado por un manto de rocas (sobre todo silicato de magnesio), el cual, a su vez, estaría envuelto en una capa de hielos —principalmente agua, pero también metano y amoniaco—. Las capas exteriores serían gaseosas, formadas en su mayor parte por hidrógeno y helio. En definitiva, su exterior sería muy parecido al de Urano y Neptuno, pero con un interior más propio de un planeta rocoso. El Planeta Nueve sería una mezcla de súper-Tierra y mini-Neptuno.
Más información
  • Dinwiddie, R., Estrellas y planetas, Ediciones Omega, Barcelona, 2013.
  • Giménez, Álvaro, Exoplanetas, Csic: Libros de la catarata, Madrid. 2012.
  • National Aeronautics and Space Administration, NASA: www.lanasa.net

Cuestión de tiempo

Todavía es pronto para saber si el planeta hipotético de Brown y Batygin se confirmará, como Neptuno, o desaparecerá bajo el peso de la evidencia, como Vulcano. A su favor hay que admitir que, a diferencia de otros, Brown y Batygin han descrito con bastante precisión la posible órbita de su planeta y han aportado pruebas más sólidas de que es real.
Sin embargo, no todos sus colegas apoyan las conclusiones de los dos astrónomos del Caltech. Los más escépticos argumentan que harían falta más de seis cuerpos con perihelios alineados para respaldar esta teoría. Hace unos meses, el telescopio Subaru, situado en Hawai, avistó un objeto, V774104, cuyo perihelio está más lejos aún que el de Sedna. Todavía es pronto para precisar su órbita y saber si encaja con la hipótesis del Planeta Nueve. Un solo cuerpo con una órbita no permitida por el modelo derribaría los pilares sobre los que se apoya la existencia del nuevo planeta.
El debate seguirá abierto hasta que se obtengan pruebas directas de la existencia del Planeta Nueve. Como no sabemos cuál sería su ubicación exacta, habrá que cubrir una porción gigantesca del cielo con ayuda de telescopios de gran tamaño. Además del Subaru, hay otros buenos candidatos con los que rastrear el cielo en busca del Planeta Nueve, como el telescopio Keck, también en Hawai, o el futuro LSST, en Cerro Tololo, Chile. Una búsqueda podría prolongarse al menos durante cinco años, y eso contando con todos los apoyos. Hay otros factores que complican aún más esta labor. Para empezar, se piensa que el Planeta Nueve debe andar por su punto más alejado del Sol. Además, debido a su lento peregrinar por el espacio, sería fácil confundirlo con una estrella estacionaria. Por si fuera poco, es muy probable que ahora mismo se encuentre en el mismo plano que la Vía Láctea, donde se camuflaría entre millones de estrellas.
Pero no hay que desanimarse. En caso de que exista el Planeta Nueve, seguro que alguno de los telescopios que lo buscan acabará captando la luz solar reflejada en su superficie. Y entonces cambiará por completo nuestra manera de entender el Sistema Solar.
Daniel Martín Reina es físico y colaborador habitual de ¿Cómo ves? Actualmente es miembro del grupo de Investigación de Instrumentación Electrónica y Aplicaciones de la Universidad de Sevilla, España. Escribe el blog de divulgación La aventura de la ciencia: http://laaventuradelaciencia.blogspot.mx
vìa:http://www.comoves.unam.mx/numeros/articulo/212/existe-otro-planeta-en-el-sistema-solar

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