El año 1995, al igual que 1492, fue el amanecer de una era de descubrimientos. Los nuevos exploradores, en lugar de utilizar naves marítimas para descubrir continentes, utilizan telescopios para descubrir planetas que giran alrededor de estrellas lejanas. Se han encontrado miles de estos planetas extrasolares, término que suele abreviarse como «exoplanetas», incluidos unos cuantos mundos potencialmente similares a la Tierra, junto con extraños objetos que no se parecen a ninguno de los planetas de nuestro sistema solar.
Dos de estos exploradores de exoplanetas, Michel Mayor y Didier Queloz, recibieron recientemente la mitad del Premio Nobel de Física por el descubrimiento que hicieron en 1995. Mis colegas y yo estamos unidos en nuestra admiración por su trabajo pionero, y en nuestro orgullo por continuar lo que ellos empezaron.
Pero hay algo peculiar en la citación del Premio Nobel. Dice: «por el descubrimiento de un exoplaneta que orbita una estrella de tipo solar». ¿No debería decir el primer exoplaneta? Después de todo, cientos de astrónomos han descubierto un exoplaneta. Yo he ayudado a encontrar algunos. Incluso estudiantes de secundaria y astrónomos aficionados los han descubierto. Cometió el Comité del Nobel un error tipográfico?
No, no lo hicieron, y con ello cuelga un cuento.
Así como es problemático decidir quién descubrió América (¿Cristóbal Colón? ¿John Cabot? ¿Leif Erikson? Américo Vespucio, ¿a quién se le quedó el nombre? ¿Los que vinieron a pie desde Siberia hace decenas de miles de años?) es difícil decir quién descubrió el primer exoplaneta. Hay al menos cinco contendientes creíbles, y es divertido y fascinante considerar los méritos de cada caso. Así pues, hagamos como si estuviéramos en el Comité del Nobel, encargado de elegir al ganador.
Primero, sin embargo, tenemos que entender la mentalidad de los astrónomos anteriores a los exoplanetas. Esperaban que todos los sistemas planetarios se parecieran a nuestro sistema solar. No en todos los detalles, pero al menos en algunos aspectos importantes: las órbitas de los planetas son casi circulares y se sitúan en el mismo plano, con los planetas gigantes (como Júpiter) en el exterior, y los planetas rocosos (como la Tierra) mucho más cerca de la estrella.
A lo largo de los siglos, los astrónomos desarrollaron una teoría para la formación de planetas que explicaba por qué esos patrones debían ser universales, como consecuencias inevitables de los procesos físicos que ocurren dentro del remolino de material que rodea a una estrella recién nacida. Estoy tentado de describir la teoría, pero me ahorraré los detalles, porque los primeros descubrimientos de exoplanetas demostraron que esta teoría es errónea, o al menos incompleta. Todo lo que necesitas saber es que esta expectativa estaba muy arraigada.
También necesitas saber cómo detectar exoplanetas. Lo primero que se podría intentar es apuntar un telescopio a una estrella y buscar objetos más débiles que den vueltas a su alrededor. Esto resulta casi imposible: los planetas son demasiado débiles. En cambio, los primeros exoplanetas se detectaron observando el movimiento de la estrella.
A los niños se les enseña que los planetas giran alrededor del sol, pero eso es una pequeña mentira piadosa. En realidad, el sol y los planetas giran alrededor del centro de masa de todo el sistema solar. Si construyéramos una maqueta del sistema solar sobre un disco plano, el centro de masa estaría en el punto en el que podríamos equilibrar el disco con la punta del dedo. El sol es el componente más masivo del sistema solar, por lo que siempre está cerca del centro de masa, pero se desplaza un poco. Los planetas que rodean a una estrella lejana deberían hacer que la estrella también se mueva. Y eso da a los astrónomos una forma de encontrarlos, utilizando el efecto Doppler.
Cuando un objeto en movimiento emite ondas -como el sonido o las ondas de luz- la longitud entre las ondas se comprime en la dirección de avance y se estira en la dirección de retroceso. En el caso del sonido, la longitud de onda determina el tono, lo que explica por qué la sirena de una ambulancia baja de tono cuando pasa a toda velocidad. En el caso de la luz, la longitud de onda determina el color. Cuando una estrella se acerca a nosotros, su luz se ve ligeramente más azul, y cuando la estrella se aleja, se enrojece. Estamos hablando de cambios de unas pocas partes por millón, o menos, por lo que se necesitan equipos astronómicos especializados para detectarlos.
Estamos a punto de revisar los candidatos a descubrir el primer exoplaneta, pero hay una cosa más. Deberíamos decidir de antemano qué entendemos por descubrir. Esto resultará importante.
Una definición del diccionario es «obtener conocimiento por primera vez». Bien, pero ¿qué es el conocimiento? Para ello acudimos a un libro de texto de filosofía, en el capítulo de epistemología, donde aprendemos que el conocimiento es la creencia verdadera justificada. Nuestra tarea, entonces, es identificar a la primera persona que tiene una creencia verdadera justificada en la existencia de un exoplaneta.
Porque debe ser verdadera, no necesitamos discutir todas las salidas falsas y las afirmaciones espurias que empañaron la reputación de los cazadores de planetas durante décadas. Al exigir que se justifique, dejamos de lado a los afortunados adivinadores. En 1953, Philip K. Dick escribió una historia ambientada en un planeta alrededor de la estrella Próxima Centauri, y en 2017, los astrónomos detectaron dicho planeta, pero Philip K. Dick no descubrió el planeta.
Nuestra sesión informativa ya está completa, y podemos dar la bienvenida al ruedo a los contendientes, en orden cronológico.
En 1979, Gordon Walker y unos cuantos colegas de la Universidad de Columbia Británica comenzaron a buscar planetas. Era la autoridad más destacada del mundo en observaciones Doppler precisas. Diseñó su estudio partiendo de la premisa de que todos los sistemas planetarios se parecen al Sistema Solar. Las señales más importantes -y, dadas las limitaciones de su equipo, las únicas que podía detectar- procederían de planetas gigantes, similares a Júpiter, que tarda 12 años en dar la vuelta al sol. Lo que significaba que Walker tenía que comprometerse con un proyecto a muy largo plazo.
También tenía que esperar que los planetas parecidos a Júpiter fueran comunes, porque sólo podía monitorizar unas 20 estrellas. Para ampliar su búsqueda, necesitaría más apoyo del Comité de Asignación de Tiempo del Telescopio, que no se produjo. Walker escribió más tarde: «Es bastante difícil hoy en día darse cuenta de la atmósfera de escepticismo e indiferencia que había en los años 80 ante las propuestas de búsqueda de planetas. A pesar de este obstáculo, en 1988 ya había detectado la señal de un planeta de la masa de Júpiter que gira alrededor de una estrella llamada Gamma Cephei cada 2,7 años. Entonces, ¿Gana Walker el premio? ¿Tenía una creencia verdadera y justificada en la existencia del planeta?
Bueno, era verdad: la existencia del planeta se confirmó definitivamente en 2003. El problema es si la creencia estaba justificada en 1988. La señal de Walker destacaba claramente sobre el ruido, pero seguía preocupando que le engañaran. La señal Doppler podría estar causada por algo más que un planeta. Tal vez el patrón de 2,7 años se debía a la rotación de la estrella, más que al movimiento. El Sol gira una vez al mes, pero Walker pensaba que Gamma Cephei era una estrella gigante, que podría estar rotando mucho más lentamente.
En un artículo de 1992, basado en esta preocupación, Walker se echó atrás en la afirmación de que la señal de Gamma Cephei representaba un planeta. Pero resulta que la estrella había sido mal clasificada. No es una estrella gigante. Walker se había dejado llevar por la preocupación de que se estaba engañando a sí mismo. Su cautela era natural, dado el ambiente de escepticismo que roza la hostilidad. Quizá sea mejor decir que Walker detectó el planeta pero no lo descubrió del todo.
Eso nos lleva a nuestro siguiente contendiente, David Latham, del Observatorio Astrofísico Smithsoniano. En 1989, él y sus colaboradores informaron de una intrigante señal Doppler alrededor de una estrella llamada HD 114762. La señal era muy clara. Sus características eran compatibles con el movimiento orbital, e incompatibles con la rotación.
Esto parecería ser un descubrimiento de lo más acertado. De hecho, HD 114762 está incluido en la completa base de datos de exoplanetas de la NASA, registrada con 1989 como año de descubrimiento. Es decir, seis años antes que Mayor y Queloz.
Entonces, ¿por qué Latham no va a estrechar la mano del Rey de Suecia? Porque en su momento, el logro de Latham no fue percibido como un descubrimiento de un planeta. Había algunas cosas raras sobre el planeta putativo.
En primer lugar, la órbita no está cerca de ser circular. Es una elipse con una dimensión dos veces más larga que la otra, muy diferente a los planetas del Sistema Solar. En segundo lugar, el planeta es 11 veces más masivo que Júpiter, lo que parece descabellado. De hecho, el planeta podría ser incluso más masivo, porque el método Doppler sólo nos indica la masa mínima posible del planeta. Esto se debe a que la estrella se mueve en las tres dimensiones, pero el efecto Doppler sólo surge de una de ellas: el movimiento de acercamiento o alejamiento del observador.
Por último, la órbita parecía demasiado pequeña para un planeta gigante. Es menos de una décima parte del tamaño de la órbita de Júpiter. Según la teoría de la formación de planetas, los planetas gigantes nunca deberían formarse tan cerca de la estrella. Ese es el dominio de los planetas pequeños y rocosos.
Latham pensó que podría ser un planeta, pero algunos de los miembros de su equipo (y la mayoría de los demás astrónomos) pensaron que era una exageración. Su artículo de 1989 sólo menciona la posibilidad de un planeta a modo de especulación. Lo más probable, escribieron, es que se tratara de una enana marrón, una especie de estrella fallida que nunca encendió las reacciones de fusión nuclear.
Hoy en día, sin embargo, ninguna de las «peculiaridades» de HD 114762 se considera peculiar en absoluto. Sabemos que un pequeño porcentaje de las estrellas similares al sol tienen un planeta gigante con una órbita pequeña y muy elíptica. Y algunos de ellos tienen masas tan altas como 10 o incluso 20 veces la de Júpiter.
Latham tiene una buena afirmación de ser el primero en descubrir un exoplaneta, pero esto es sólo desde nuestra visión retrospectiva. La afirmación era cierta, y estaba ampliamente justificada por los datos. Pero en su momento no se creyó, debido al prejuicio de que los planetas debían tener el mismo aspecto y actuar como los planetas del sistema solar.
Lo que vino después fue una sorpresa asombrosa. En 1992, Aleksander Wolszczan y Dale Frail anunciaron el descubrimiento de dos planetas, comparables en masa a la Tierra, utilizando una variación del método Doppler. Las pruebas eran irrefutables y convincentes. Lo sorprendente era que la estrella no es una estrella ordinaria como el sol; es un púlsar.
Los púlsares están entre las cosas más exóticas del universo. Son restos de explosiones de supernovas, que tienen lugar cuando una estrella masiva se queda sin combustible nuclear y se vuelve inestable. Un púlsar reúne la masa de todo el sol en una bola de sólo 20 kilómetros de diámetro, lo que lo hace tan denso que con un movimiento en falso se colapsaría y se convertiría en un agujero negro. Además, puede girar cientos de veces por segundo y escupir ondas de radio, rayos X y dosis letales de radiación.
¿Cómo deberíamos puntuar a este candidato a Primer Exoplaneta? La afirmación era cierta y estaba justificada. La comunidad astronómica lo creía y lo sigue creyendo. El único escollo era si los objetos que orbitaban el púlsar debían calificarse como planetas.
Hasta ese momento, la definición de trabajo de los astrónomos de un planeta era un objeto con una masa demasiado pequeña para ser una estrella o una enana marrón. El descubrimiento de los púlsares obligó a una evaluación más cuidadosa. Quizá la palabra planeta debería reservarse para los objetos que orbitan una estrella normal, no una estrella zombi. (Ahora se entiende por qué la mención del Nobel de 2019 se refiere a «un exoplaneta alrededor de una estrella de tipo solar»)
Algunos astrónomos insistieron en que los planetas deben formarse dentro del remolino de material que rodea a una estrella joven. De ahí no salieron los compañeros del púlsar. Es de suponer que se formaron después de la explosión de la supernova, porque no pudieron sobrevivir a la catastrófica explosión de energía. Tal vez parte del material que explotó terminó cayendo y comenzó a orbitar la estrella de neutrones, y los planetas se formaron a partir de ese material. Sin embargo, un grave problema con cualquier definición basada en la formación es que tampoco existe una teoría universalmente aceptada para la formación de planetas «normales».
Lo que acabó ocurriendo es que los astrónomos se sintieron cómodos refiriéndose a los objetos de Wolszczan y Frail como planetas. Pero los planetas púlsares fueron tratados como bichos raros, y la búsqueda de más de ellos ha resultado estéril e improductiva. Sólo se sabe que otro púlsar tiene un planeta, e incluso en ese caso, las pruebas no son tan seguras.
Eso nos lleva a 1995. Michel Mayor y Didier Queloz, dos astrónomos del Observatorio de Ginebra (Suiza), habían estado mejorando la técnica Doppler. Anteriormente, Mayor había ayudado a Latham a observar su estrella. Entonces, él y su alumno, Queloz, decidieron salir a la caza de planetas por su cuenta. Tenían casi el monopolio de un telescopio en Francia, lo que les permitía monitorizar más estrellas que Walker o Latham.
Una de sus estrellas, una estrella similar al sol llamada 51 Pegasi, se movía de un lado a otro con una amplitud de 50 metros por segundo, y un periodo de sólo 4,2 días. La señal implicaba la existencia de un planeta con una masa mínima intermedia entre la de Saturno y Júpiter. Una masa que hizo que los astrónomos se sintieran cómodos. Menos cómoda era la distancia orbital: sólo una vigésima parte de la distancia de la Tierra al Sol.
Eso, insistían muchos teóricos, no era lugar para un planeta gigante. Al estar tan cerca de la estrella, el objeto que orbita 51 Peg se calienta a miles de grados. Mayor y Queloz habían descubierto lo que se conocería como un «Júpiter caliente», un tipo de planeta que se presumía imposible en la teoría predominante de la formación de planetas.
La comunidad astronómica se mostró escéptica, no sólo por la contradicción con sus expectativas, sino también por la accidentada historia del campo. A algunos les preocupaba que los desplazamientos Doppler se debieran a las pulsaciones estelares, en lugar de al movimiento orbital; tal vez la superficie de 51 Peg se abultaba y luego volvía a hundirse con un ritmo regular.
En los años siguientes, sin embargo, todas estas preocupaciones se disiparon. Se trataba de algo real. La teoría de la formación de planetas tenía que actualizarse.
Mayor y Queloz, pues, fueron los primeros en sostener una creencia verdadera y justificada en la existencia de un objeto que todo el mundo está de acuerdo en que es un exoplaneta alrededor de una estrella similar al Sol. Igualmente importante, el descubrimiento de 51 Peg tuvo el mismo efecto que el primer avistamiento de un continente inexplorado y aparentemente sin límites. El crecimiento exponencial de los descubrimientos de planetas, y del número de científicos que trabajan en este campo, comenzó en 1995. Por eso el Comité Nobel pensó que Mayor y Queloz merecían el protagonismo científico (y medio millón de dólares).
Poniéndome el sombrero de pedante, sin embargo, señalaré que la afirmación de que 51 Peg es un planeta no estaba justificada al cien por cien. Recordemos que el método Doppler sólo revela la masa mínima del cuerpo en órbita; la masa real podría ser mayor. Mucho mayor, si su órbita resulta ser perpendicular a nuestra línea de visión. Aunque esto requeriría una coincidencia muy improbable, era concebible en ese momento que la compañera de 51 Peg fuera en realidad una enana marrón. De hecho, es un planeta. La verdadera masa se midió finalmente con una técnica diferente que se basa en la detección de la propia luz del planeta, pero no hasta 2015.
El primer exoplaneta para el que se midió la masa sin ambigüedad se llama HD 209458b. En ese caso, da la casualidad de que la órbita del planeta lo lleva directamente frente a la estrella, provocando un eclipse en miniatura. Eso es lo que elimina la incertidumbre habitual respecto a la orientación de la órbita. Los eclipses fueron detectados en 1999 por dos grupos rivales, uno dirigido por David Charbonneau y otro por Gregory Henry. Pero si bien éste fue técnicamente un descubrimiento más definitivo, a esas alturas de la historia la comunidad astronómica ya había dejado de dudar de los descubrimientos de 51 Peg y otros objetos similares.
Pedantería aparte, también cabe destacar que, a pesar de todas las salidas en falso, la detección de exoplanetas fue una de esas raras y maravillosas ocasiones en las que un proyecto resultó ser más fácil de lo previsto. Por lo general, la Ley de Murphy se impone: todo es más difícil y lleva más tiempo de lo que se espera. Lo que facilitó las cosas en este caso fue la existencia de Júpiteres calientes, un regalo de la naturaleza que nadie esperaba. Los Júpiteres calientes producen las mayores señales Doppler, y pueden ser detectados y confirmados con sólo unas semanas de datos; no es necesario esperar décadas, como Walker había pensado que sería necesario.
De hecho, no es del todo cierto que nadie esperara Júpiteres calientes. En 1956, Otto Struve escribió un breve artículo en el que señalaba que la precisión de las mediciones Doppler había llegado a ser lo suficientemente buena como para detectar planetas masivos, pero sólo si existían en órbitas diminutas. Dejando a un lado la cuestión de cómo podría haberse formado un planeta así, se dio cuenta de que no hay ninguna ley física que prohíba la existencia de tales planetas. Su artículo podría haber dado lugar a una nueva área de la astronomía, pero en realidad languideció en la oscuridad. El planeta alrededor de 51 Peg probablemente podría haber sido descubierto a principios de la década de 1960, o seguramente por Walker en la década de 1980, si hubiera podido observar más estrellas.
Intento recordar esta historia cuando sufro de excesivo pesimismo. Aunque un campo se haya visto empañado por afirmaciones anteriores que resultaron ser erróneas, aunque otras personas con talento lo hayan intentado antes, aunque los teóricos te digan que tu idea es descabellada… todavía puede haber un fenómeno realmente espectacular esperando a ser descubierto.