Dos investigaciones publicadas en The Astrophysical Journal demostraron cómo el futuro observatorio LISA podría identificar planetas alrededor de estrellas muertas. El método permitiría estudiar mundos que resultan extremadamente difíciles de detectar con los telescopios tradicionales.
Un equipo de científicos de la NASA desarrolló un método para descubrir planetas utilizando ondas gravitacionales, pequeñas perturbaciones del espacio-tiempo producidas por el movimiento de objetos masivos. La técnica permitirá buscar mundos que orbitan alrededor de sistemas formados por dos enanas blancas, los restos de estrellas que agotaron su combustible nuclear. Los investigadores también determinaron cómo el telescopio espacial James Webb podría utilizarse para confirmar algunos de esos descubrimientos.
El resultado fue presentado el 10 de noviembre mediante dos estudios publicados en The Astrophysical Journal. Ambos analizan las capacidades del futuro observatorio espacial LISA, desarrollado por la Agencia Espacial Europea (ESA) con participación de la NASA, cuyo lanzamiento está previsto para mediados de la década de 2030.
La importancia del trabajo está en que propone una manera de encontrar planetas sin necesidad de observar directamente su luz ni detectar el tránsito frente a una estrella. En cambio, los científicos buscarán pequeñas alteraciones en las ondas gravitacionales emitidas por los objetos alrededor de los cuales orbitan.
Cómo las ondas gravitacionales pueden revelar planetas ocultos
Las ondas gravitacionales son perturbaciones del espacio-tiempo que se producen cuando grandes masas aceleran, por ejemplo, cuando dos estrellas compactas giran una alrededor de la otra. Su existencia fue predicha por Albert Einstein en su teoría de la relatividad general y confirmada mediante observaciones directas en 2015.
Uno de los sistemas capaces de producir estas señales está formado por dos enanas blancas que orbitan muy cerca entre sí. Se trata de estrellas extremadamente densas, con masas comparables a las del Sol concentradas en cuerpos de dimensiones similares a las de la Tierra.
Cuando las dos enanas blancas completan sus órbitas en períodos muy cortos, generan ondas gravitacionales relativamente continuas. La frecuencia de estas señales está relacionada con el movimiento orbital de ambas estrellas.
Los investigadores descubrieron que, si existe un planeta suficientemente masivo alrededor de ese sistema, su gravedad puede modificar ligeramente el movimiento de las dos estrellas. Esa alteración produce pequeñas variaciones en las ondas gravitacionales que llegan hasta un observatorio.
El efecto es parecido al utilizado por los astrónomos para descubrir exoplanetas mediante el método de velocidad radial. En ese caso, los científicos detectan el movimiento de una estrella a través de cambios en su espectro de luz. Con LISA, en cambio, buscarán variaciones equivalentes en la frecuencia de las ondas gravitacionales.
Según Casey McGrath, investigador de la Universidad de Maryland y del Centro Goddard de la NASA, la presencia de un planeta dejaría una señal identificable en las ondas generadas por el sistema de enanas blancas.
Las variaciones aparecerían como señales secundarias a ambos lados de la frecuencia principal. Su análisis permitiría determinar si existe un tercer cuerpo y estimar algunas de sus características orbitales.
LISA utilizará tres naves separadas por 2,5 millones de kilómetros
El observatorio LISA estará formado por tres naves espaciales que seguirán a la Tierra durante su recorrido alrededor del Sol. Los vehículos mantendrán una configuración triangular, con una separación aproximada de 2,5 millones de kilómetros entre cada uno.
Las naves utilizarán haces láser para medir cambios extremadamente pequeños en las distancias que las separan. Cuando una onda gravitacional atraviese el sistema, modificará mínimamente esas distancias y producirá una señal que podrá analizarse.
Este instrumento permitirá estudiar ondas gravitacionales de frecuencias mucho más bajas que las detectadas actualmente por observatorios terrestres como LIGO.
Los astrónomos estiman que la Vía Láctea contiene alrededor de diez millones de sistemas de dos enanas blancas con períodos orbitales inferiores a una hora. LISA podría distinguir individualmente las señales de aproximadamente 10.000 de ellos.
Los nuevos estudios indican que algunos de esos sistemas podrían albergar planetas suficientemente masivos para alterar sus señales gravitacionales de manera detectable.
La sensibilidad dependerá de factores como la masa del planeta, su período orbital, la distancia hasta el sistema y las características de la señal principal.
El telescopio James Webb podría confirmar los descubrimientos
Uno de los principales problemas de cualquier método de detección de exoplanetas es distinguir una señal auténtica de una interpretación incorrecta de los datos. Por eso, el segundo estudio analizó cómo confirmar los posibles planetas identificados mediante ondas gravitacionales.
La propuesta consiste en aprovechar la sensibilidad infrarroja del telescopio James Webb. Un planeta gigante puede emitir una cantidad de radiación infrarroja que, en determinadas condiciones, permite identificar un exceso de luz respecto de la esperada para las dos enanas blancas.
Los investigadores calcularon que Webb podría detectar ese exceso en sistemas situados a distancias de al menos 500 años luz, dependiendo de las características del planeta y de sus estrellas.
En uno de los casos estudiados, Webb podría identificar un planeta de aproximadamente cinco masas de Júpiter, mientras que LISA tendría sensibilidad para detectar uno de masa inferior a Júpiter bajo condiciones favorables.
La combinación de ambos instrumentos permitiría comprobar si las variaciones gravitacionales corresponden realmente a planetas y no a otros fenómenos.
Hasta ahora se encontraron exoplanetas alrededor de algunas enanas blancas aisladas, pero todavía no se confirmó ninguno alrededor de un sistema binario formado por dos enanas blancas.
Por eso, estas observaciones podrían aportar información sobre qué ocurre con los planetas cuando sus estrellas envejecen, pierden sus capas exteriores y terminan convertidas en remanentes compactos.
Los estudios no anuncian el descubrimiento de nuevos planetas, sino una nueva capacidad de observación que podrá ponerse a prueba cuando LISA comience a funcionar. El lanzamiento del observatorio está previsto para mediados de la década de 2030 y su desarrollo continúa bajo la dirección de la ESA, con aportes tecnológicos y científicos de la NASA.
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