Un planeta en órbita produce un tirón gravitacional en su estrella que da como resultado un pequeño movimiento que los astrónomos pueden detectar a través de leves cambios en el espectro de la estrella. Está técnica se conoce como método de velocidad radial y permitió el descubrimiento del primer exoplaneta orbitando una estrella parecida al Sol, cuyos autores han sido galardonados recientemente por el premio Nobel de Física de 2019.

Para medir estas minúsculas variaciones en el espectro de las estrellas anfitrionas, los astrónomos necesitan de espectrógrafos de la más alta precisión. El IAC ha participado en un nuevo trabajo, liderado por el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, que avala una tecnología que puede ser clave para descubrir planetas como la Tierra. El equipo ha probado un sistema de calibración denominado «peine de frecuencias láser», una técnica que recibió el premio Nobel de Física de 2005, demostrando una precisión a corto plazo sin precedentes.

Jonay González, investigador Ramón y Cajal del IAC

«Hasta la fecha, se ha demostrado, en escalas de tiempo más largas, del orden de años, una precisión de aproximadamente 80 centímetros por segundo, usando otros medios de calibración, pero todavía insuficiente para el descubrimiento de un gemelo de la Tierra», comenta Jonay González Hernández, investigador Ramón y Cajal del IAC y coautor del artículo. «En este estudio, hemos demostrado una precisión a corto plazo, del orden de horas, de un centímetro por segundo», añade, «lo que abre la posibilidad de encontrar planetas habitables como la Tierra orbitando estrellas como el Sol, pero aún debemos demostrar esta precisión a largo plazo».

«Uno de los tests que hemos llevado a cabo es la observación de la luz del Sol reflejada en Ceres, planeta enano del Sistema Solar», indica Borja Toledo, estudiante de doctorado Severo Ochoa-LaCaixa del IAC y coautor de la investigación. «A pesar de muchos efectos que conocemos en este planeta enano, hemos podido medir la velocidad absoluta con una precisión de 3 metros por segundo; esto demuestra la precisión de este sistema de calibración», concluye.

Para realizar este trabajo, en el que también han participado los investigadores del IAC, Rafael Rebolo y Alejandro Suárez Mascareño, ha sido necesario comparar dos sistemas LFC (acrónimo de Laser Frequency Comb) acoplados al instrumento Harps que opera en el telescopio de 3,6 m del Observatorio Europeo Austral en el Observatorio La Silla en Chile. La campaña ha confirmado la alta estabilidad y precisión del sistema LFC, lo que revela su verdadero potencial para la espectroscopía astronómica de mayor sensibilidad y proporciona una herramienta ideal para la búsqueda de exoplanetas similares a la Tierra.

La información acerca de estos nuevos exoplanetas se ha obtenido a partir de los datos recogidos por la misión K2 del satélite Kepler, de la NASA, que inició su programa en noviembre de 2013. El trabajo, que se publicará en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), revela esta existencia mediante la detección de los eclipses que producen en la luz que recibimos de sus respectivas estrellas.

Descubrimientos que ayudan a seguir investigando

El primero de ellos se encuentra en la K2-239, caracterizada como una enana roja de tipo M3V a partir de observaciones en el Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma, Garafía). Está situada en la constelación del Sextante a 50 parsecs del Sol (unos 160 años luz) y alberga un sistema compacto de al menos tres planetas rocosos de 1.1, 1.0 y 1.1 radios terrestres que orbitan cada 5.2, 7.8 y 10.1 días, respectivamente.

La otra, denominada K2-240, posee dos súper-Tierra aproximadamente el doble de grandes. A pesar de que la temperatura atmosférica es de 3.450 y 3.800 K, los científicos estiman que todos los nuevos se elevarán decenas de grados más que la Tierra, debido a la fuerte radiación que reciben.

Futuras campañas de indagación con el nuevo telescopio espacial James Webb permitirán caracterizar la composición de las atmósferas de estos descubrimientos. Observaciones espectroscópicas con el instrumento ESPRESSO, instalado en el Very Large Telescope (VLT), del Observatorio Europeo Austral (ESO), o bien con futuros espectrógrafos en el GTC o en nuevas instalaciones astronómicas, como el ELT o el TMT, serán clave para determinar las masas, densidades y propiedades físicas.