Nobel de Física: Los exoplanetas están de enhorabuena

¡Por fin! Los descubridores del primer exoplaneta alrededor de una estrella tipo solar han sido galardonados con el Premio Nobel de Física. Ellos son Michel Mayor y Didier Queloz, que han compartido el premio con James Peebles. La Real Academia de Ciencias Sueca ha dictaminado que este premio lo merecen «por sus contribuciones a nuestro entendimiento de la evolución del universo y el lugar de la Tierra en el cosmos». Hoy les hablaré de Michel Mayor y Didier Queloz, por supuesto sin menospreciar a James Peebles, que merece todos nuestros respetos por sus investigaciones teóricas sobre la radiación de fondo cósmico.

Michel Mayor (1942) y Didier Queloz (1966) son dos científicos suizos que abrieron el melón de la investigación exoplanetaria. Todo comenzó cuando publicaron un artículo (Mayor & Queloz, 1995) en la revista Nature anunciando el hallazgo de un exoplaneta similar a Júpiter alrededor de una estrella tipo solar. Hoy, ya se conocen más de 4000 de estos exoplanetas. El hallazgo lo realizaron tomando medidas desde el observatorio de la Haute-Provence (Francia) con el espectrógrafo ELODIE sobre la estrella 51 Pegasi.

Por aquel entonces, Didier Queloz era el estudiante de doctorado de Michel Mayor en la universidad de Ginebra en Suiza. Estaban analizando la velocidad radial de la estrella y vieron una pequeña anomalía. Pero, antes de nada, ¿qué es la velocidad radial de una estrella?

Velocidad radial de una estrella

La velocidad radial es un movimiento que se produce en un cuerpo por el hecho de que otro u otros cuerpos lo estén orbitando. Es decir, cuando un cuerpo orbita a otro en un sistema en equilibrio ambos orbitan sobre el centro de masas, siendo más perceptible el movimiento del cuerpo menor que el del mayor.

Si este cuerpo emite luz, como una estrella, si estamos en buena perspectiva podremos apreciar este movimiento con un vaivén. Ese vaivén provoca un efecto Doppler sobre la luz: cuando la estrella se acerca a nosotros, la vemos más azulada; cuando se aleja, más rojiza. Analizando el cambio de color aparente podremos analizar las velocidades radiales de esa estrella.

Pasando del tiempo a la frecuencia

Entonces, cuando tenemos una gráfica con las velocidades radiales, si las hemos analizado durante un tiempo «T», podremos descomponer esa gráfica en componentes de Fourier: pasamos del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia. ¿Esto qué quiere decir? Que podremos apreciar cuántos cuerpos han completado al menos una vuelta alrededor de la estrella en un tiempo «T/2».

Por ejemplo: si desde otra estrella analizamos el Sol, en velocidades radiales durante 100 días, no apreciaríamos resultados ya que el planeta más rápido es Mercurio, que tarda 88 días. Para apreciar a Mercurio, tendríamos que analizar durante 88 x 2 = 176 días. Para detectar la Tierra, tendríamos que estar analizando 730 días.

En ese caso, veríamos 3 componentes: uno a alta frecuencia, Mercurio; otro a media frecuencia, Venus; y otro a baja frecuencia, la Tierra. Y la amplitud de estas componentes en frecuencia nos darán la masa del cuerpo que la están orbitando. Y utilizando las leyes de Kepler, unas leyes que se establecieron a principios del siglo XVII, podremos saber cuánta distancia les separa de su estrella.

Volviendo a 51 Pegasi b, un exoplaneta de Nobel

Como les decía, Didier Queloz apreció esta anomalía en 51 Pegasi b, y cuando los dos analizaron los datos en detenimiento vieron que todo encajaba con la presencia de un planeta que tardaba en orbitar la estrella 4,23 días. Pero ante un hallazgo así, no se la podían jugar por lo que volvieron a analizar la estrella varias veces, obteniendo el mismo resultado.

Ante tales evidencias, el resultado era bastante obvio: habían encontrado el primer exoplaneta alrededor de una estrella tipo solar. Por sus características, se trataba de un tipo Júpiter. Eso sí, un Júpiter caliente por estar muy cerca de su estrella. Ese es el motivo de que el exoplaneta tarde tan poco tiempo en dar una vuelta: a mayor cercanía, mayor velocidad de giro alrededor de la estrella.

Mayor y Queloz redactaron el artículo y el 29 de agosto lo recibieron en la revista Nature. Tras analizarlo y ver que todo parecía correcto, el 31 de octubre lo aceptaron. Finalmente, el artículo fue publicado el 23 de noviembre de ese año, 1995. Hoy, ese artículo vale un Premio Nobel.

HARPS, la revolución

No hay que olvidar que Mayor y Queloz son los investigadores principales de un instrumento que revolucionó la investigación exoplanetaria. Basándose en los datos logrados con el espectrógrafo ELODIE y otro llamado CORALIE, diseñaron HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher), o lo que es lo mismo, Buscador de Planetas por Velocidad Radial de Alta Precisión. Este instrumento, instalado en el telescopio de 3,6 metros del ESO (Observatorio Europeo Austral) en Chile.

HARPS puede detectar movimientos de velocidad radial de 97 cm/s en la estrella, o lo que es lo mismo, 3,5 Km/h. Aunque su precisión eficaz puede llegar hasta los 30 cm/s. Imaginad: a varias decenas de años luz podríamos detectar velocidades equivalentes a las de una persona paseando. ¿No es asombroso? Este instrumento se instaló en enero de 2003 y ha descubierto 115 exoplanetas, algo que también ha sumado para que Mayor y Queloz ganase este Premio Nobel.

Kepler y más exoplanetas

Tras HARPS, y ya fuera de los dominios de Mayor y Queloz, vino el Observatorio Espacial Kepler, un descubridor de exoplanetas a destajo. Estuvo funcional desde 2009 hasta 2018 y ha confirmado 2600 exoplanetas, más de la mitad de los descubiertos en total, aunque sus datos siguen analizándose y la cifra aumentará sin lugar a dudas.

En fin, que estoy muy contento de que finalmente Michel Mayor y Didier Queloz, junto a James Peebles, hayan sido galardonados con el Premio Nobel. Y ahora más que nunca, estoy presumiendo de esta foto que me hicieron en 2009:

Referencias

• Mayor, M. & Queloz, D. (1995). «A Jupiter-mass companion to a solar-type star». Nature 378, 355-359. DOI: 10.1038/378355a0 (Ver).