En la Sierra de los Filabres de Almería, a 2.168 metros de altura, se encuentra uno de los mayores cazadores de exoplanetas del mundo: CARMENES. No se trata de ninguna folclórica ni tiene nada que ver con un nombre de mujer. En realidad, responde a las siglas de Calar Alto high-Resolution search for M dwarfs with Exoearths with Near-infrared and optical Échelle Spectrographs. Se encuentra en el observatorio almeriense de Calar Alto, pero está financiado y operado por un consorcio hispano alemán al que pertenecen un total de 11 instituciones de ambos países.
Desde su inauguración a principios de 2016, los científicos de dicho consorcio se han ido reuniendo cada 6 meses para hacer balance de su trabajo. Una de estas reuniones acaba de tener lugar por primera vez en Almería, justo la provincia en la que CARMENES realiza su gran labor. Allí, a poco más de 60 kilómetros del instrumento, han puesto sobre la mesa los avances realizados y han discutido sobre un futuro en el que se vislumbran aún muchos exoplanetas por descubrir.
Y es que CARMENES se diseñó para cubrir un hueco inmenso en la exploración de exoplanetas. Si bien este tipo de hallazgos se habían estado realizando desde 1995, la mayoría de ellos eran planetas ubicados en torno a estrellas similares a nuestro Sol. Eso dejaba un vacío muy grande, pues era esperable encontrar otros muy interesantes alrededor de las enanas rojas.
Los instrumentos que existían hasta la fecha tenían grandes limitaciones para este tipo de observaciones. Por eso, CARMENES se construyó específicamente para buscar a su alrededor. Y lo logró. De momento se han encontrado alrededor de 60 exoplanetas, se han publicado más de 100 estudios y esto no ha hecho más que empezar.
Las claves para buscar exoplanetas
Existen muchos métodos para detectar exoplanetas o, lo que es lo mismo, planetas fuera de nuestro sistema solar. Dos de los más usados son el del tránsito y el de la velocidad radial.
El primero se basa en el hecho de que, al pasar un exoplaneta entre su estrella y la Tierra, hará que la luminosidad que nos llega de la estrella disminuya periódicamente. No debemos olvidar que, al igual que la Tierra alrededor del Sol, los exoplanetas viajan alrededor de su propio astro de forma periódica. Por lo tanto, la detección de esas fluctuaciones en la luminosidad puede ayudarnos a saber que ahí hay un exoplaneta y, además, a conocer muchos datos sobre él.
Por otro lado, la velocidad radial se sustenta en otro fenómeno. Y es que, en ese mismo viaje alrededor de su estrella, la atracción gravitacional ejercida por el planeta provoca un bamboleo en ella y ligeros cambios en su espectro. Esto es lo que hace principalmente CARMENES, pues es una opción mejor desde la Tierra. Sin embargo, lo hace bajo unas condiciones muy diferentes a las de otros cazadores de exoplanetas.
¿Qué es lo que diferencia a CARMENES?
La necesidad de explorar las enanas rojas surgió del hecho de que estaban prácticamente sin explorar. Lo ha explicado a Hipertextual Ignasi Ribas, director del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC) e investigador en el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE) del CSIC. “En ese momento se hacían surveys de velocidad radial sobre todo en estrellas tipo solar y había una zona no cubierta”.
Y, en realidad, era interesante poder explorar esa zona, pues presentaba opciones muy importantes. “La señal que induce un planeta sobre su estrella es inversamente proporcional a la masa de la misma: cuanto más pequeña es, más grande es la señal, con lo cual un planeta pequeño al lado de una estrella grande te cuesta verlo, pero un planeta pequeño, en una estrella pequeña se ve más fácilmente” explica el astrofísico. “Por otro lado, como la estrella es menos brillante, la distancia orbital de la zona de habitabilidad es más cercana a la estrella y el periodo orbital es más corto”.
Cabe destacar que la zona de habitabilidad es aquella en la que los exoplanetas no están ni demasiado cerca ni demasiado lejos de su estrella para que el agua se encuentre en estado líquido. En este caso, esos periodos orbitales pueden ser de 10, 15 o 20 días, por lo que “observando menos tiempo tienes más posibilidad de encontrar algo”.
Está claro que son estrellas interesantes, pero hasta la aparición de CARMENES no se habían podido estudiar adecuadamente. Esto se debe a que son estrellas muy frías y activas, que emiten luz en el infrarrojo cercano. La mayoría de instrumentos que se usaron hasta entonces para buscar exoplanetas trabajaban en la región visible del espectro. Por lo tanto, por mucho que miraran hacia estas estrellas, no serían capaces de verlas.
Eliminación de interferencias
CARMENES está dotado para la observación en el infrarrojo, pero también en el visible. Y eso es muy positivo, ya que ayuda a separar la paja del grano o, dicho más específicamente, los exoplanetas de la actividad estelar. “La señal de un planeta debe tener la misma amplitud o intensidad independientemente de la longitud de onda en la que se mire”, cuenta Ribas. Por lo tanto, da igual que se observe en el infrarrojo o en el visible. El resultado debe ser el mismo. “En cambio, la actividad estelar tiene unos espectros que son cromáticos, con lo cual en la parte azul el espectro es más grande y en la roja más pequeño”. Esto hace muy fácil la diferenciación. Si es la misma señal, será un exoplaneta. Si cambia, se trata de actividad estelar.
Pasado, presente y futuro de este cazador de exoplanetas
CARMENES se concibió para analizar lo que se conoce como un survey de 300 estrellas, en busca de sus exoplanetas correspondientes.
Inicialmente, era el único instrumento capaz de analizar las enanas rojas. Sin embargo, han pasado los años y han aparecido otros muchos instrumentos. Podría decirse que ya no son los únicos, pero sí que siguen marcando la diferencia. “Hay instrumentos en el infrarrojo más grandes o más precisos, pero CARMENES ha conseguido juntar un instrumento que funciona muy bien con unas oportunidades de cobertura de espectro de azul a rojo muy buenas”, señala el científico entrevistado por este medio. “Además, Calar Alto ha sido muy generoso, porque ofreció mucho tiempo al consorcio, con 750 noches de observación”.
Esto les ha permitido ser muy competitivos. Tanto como para haber detectado 60 exoplanetas y haber publicado 100 estudios. Pero esas cifras se refieren solo a los científicos del consorcio. Se han hecho colaboraciones externas que han dado lugar a otros hallazgos muy interesantes. Por ejemplo, han colaborado con la misión TESS, de la NASA, que se dedica a la búsqueda de exoplanetas mediante el análisis de tránsitos.
“Es una misión de NASA en la que colaboramos en la confirmación de la detección de exoplanetas y las medidas de sus masas. Hemos confirmado unos 25 planetas de TESS y hay que decir que son de los mejores, los que confirmamos nosotros son los que pasan para observarse con James Webb”.
Ignasi Ribas, director del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC) e investigador en el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE) del CSIC
En realidad, CARMENES está muy bien considerado y muchos científicos ajenos al consorcio buscan trabajar con él. Por eso, se han hecho llamadas competitivas para que cualquier científico pueda conseguir tiempo de investigación con el instrumento.
En cuanto a los del propio consorcio, las 750 noches de observación finalizaron en 2020. Después, 2021, 2022 y 2023 forma parte de lo que se conoce como survey del legado de CARMENES. Por otro lado, de las 300 estrellas que se dispusieron a analizar, aún queda mucho por investigar. “Quizás nos queden aún unos 3 años más”, calcula Ribas. “Al menos cada estrella tendrá 50 medidas y podremos ver qué tipo de planeta tienen y hacer un censo y una estadística”. Además, están estudiando desarrollos instrumentales para mejorar su precisión. Hay CARMENES para rato.
Un buen ejemplo del legado de CARMENES
Hemos preguntado a Ignasi Ribas, si tuviese que quedarse con uno de los hallazgos de CARMENES, cuál sería. Es una pregunta complicada, pues los 60 exoplanetas detectados en estos años son muy interesantes. Según comenta él entre risas, es como elegir “a quién quieres más, a papá o a mamá”. Sin embargo, finalmente se queda con uno, que aúna todo lo que representa este instrumento.
“Quizás lo que me ha gustado más fue el hallazgo en una de las estrellas más pequeñas que observamos: Teegarden. Ahí encontramos dos planetas de la masa de la Tierra. Uno claramente en la zona de habitabilidad y otro muy cerca. Es el mejor ejemplo de lo que CARMENES puede hacer: una estrella superdébil y pequeña, observada hasta encontrar planetas del tamaño de la Tierra”.
Ignasi Ribas, director del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC) e investigador en el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE) del CSIC
Y es que ahí arriba, a 2.000 metros sobre el nivel del mar almeriense, la ciencia tiene un potente ojo posado sobre el universo. Está claro que aún le queda mucho más por enseñar.