Durante siglos, contemplar el cielo nocturno fue una experiencia en blanco y negro, veíamos las estrellas como puntos blancos sobre un inmenso manto negro. Incluso con la invención del telescopio, los planetas de nuestro propio sistema solar se veían como simples discos de color, borrosos y distantes.
Todo cambió cuando comprendimos que la luz no es solo brillo, es información. Cada fotón que viaja a través del vacío del espacio es un mensajero, y su mensaje está codificado en su energía, en su longitud de onda... en su color.
No podemos viajar hasta un exoplaneta, mundos que orbitan otras estrellas, para tomar muestras, por lo que toda la información debe ser extraída de los fotones que captan nuestros telescopios. Este artículo es un viaje para entender cómo los astrónomos, actuando como detectives cósmicos, descifran el código de colores del universo para pintar retratos increíblemente detallados de planetas a años luz de distancia.
El arte y la ciencia de la espectroscopia
Para entender cómo estudiamos los exoplanetas, primero debemos dominar un concepto fundamental: la espectroscopia.
Imagina un rayo de luz blanca del Sol pasando a través de un prisma. Isaac Newton demostró que se descompone en un arcoíris: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta. Este arcoíris es el espectro electromagnético visible. Pero el espectro completo es mucho más amplio: incluye la luz infrarroja, y la ultravioleta, las ondas de radio y los rayos X.
Ahora bien, si captamos la luz de una estrella lejana y la pasamos a través de un instrumento extremadamente sensible llamado espectrógrafo, no obtenemos un arcoíris perfecto. Lo que observamos es un código de barras.
Las huellas digitales de los elementos
Cada elemento químico en el universo deja una huella digital única en el espectro. Cuando la luz de una estrella o de un planeta atraviesa sus capas de gas, los átomos y moléculas presentes absorben longitudes de onda muy específicas. El resultado es un espectro surcado por líneas oscuras. Estas líneas no son aleatorias. Son como las notas que faltan en una partitura musical, y nos dicen exactamente qué instrumentos (elementos) están presentes en la orquesta (la atmósfera de la estrella).
- El hidrógeno absorbe luz en partes muy específicas del rojo y el azul.
- El sodio absorbe una porción característica de la luz amarilla.
- El oxígeno, el metano, el vapor de agua, todos tienen su firma inconfundible.
La espectroscopia es, por tanto, el arte de leer estas líneas oscuras. Y cuando aplicamos esta técnica no a una estrella, sino a la minúscula porción de luz que interactúa con un exoplaneta, la magia comienza.
Cazando sombras, el método del tránsito y el color que desaparece
La forma más exitosa de encontrar exoplanetas es el método del tránsito. Consiste en medir minuciosamente el brillo de una estrella durante semanas, meses o años, esperando detectar un pequeño y periódico apagón.
Cuando un planeta pasa frente a su estrella (desde nuestra perspectiva), bloquea una pequeña fracción de la luz estelar. Es como observar el paso de una mosca frente a un faro lejano. La caída de brillo es diminuta, pero medible. Esto nos da el primer dato: el tamaño del planeta. A mayor caída de brillo, mayor planeta.
La diferencia que marca el color (o la Longitud de onda)
Los astrónomos no solo miden la caída de brillo general; la miden por separado en diferentes colores (longitudes de onda).
Imagina un planeta con una atmósfera extensa y hinchada, como Júpiter. En luz visible, podría bloquear un 2% de la luz de su estrella. Pero ¿qué pasa si en luz infrarroja (calor) bloquea solo un 1.8%? Esa diferencia del 0.2% es crucial. Significa que la atmósfera del planeta es transparente a la luz infrarroja, permitiendo que pase más de ella, pero es opaca en la luz visible, bloqueándola eficazmente.
Este simple principio nos permite inferir las propiedades básicas de la atmósfera incluso antes de hacer espectroscopía detallada. Si un planeta causa una caída de brillo más grande en luz azul que en roja, su atmósfera probablemente disperse mucha luz azul (como la atmósfera de la Tierra), sugiriendo la presencia de ciertos tipos de partículas o gases.
El atardecer de otro mundo, espectroscopia de tránsito y la firma atmosférica
Durante un tránsito, una pequeña fracción de la luz de la estrella no es bloqueada directamente por el planeta; en su lugar, roza el límite del planeta o atraviesa su atmósfera antes de llegar a nosotros.
Esta luz, que ha atravesado la atmósfera alienígena en su recorrido, queda impregnada de su esencia. En ella aparecen las “líneas oscuras” de los gases que encontró en su camino.
Al comparar el espectro de la estrella cuando el planeta no está en tránsito con el espectro de la luz que sí atraviesa la atmósfera del planeta durante el tránsito, los astrónomos pueden identificar con precisión qué longitudes de onda han sido absorbidas.
Es como analizar la luz de un faro después de que haya pasado a través de la niebla: esta habrá absorbido y dispersado ciertos colores, dejando su propia huella.
Las características de la atmósfera, donde el color demuestra su verdadero poder
Cada gas que detectamos añade un color a nuestra paleta de comprensión:
- Vapor de agua (H₂O): absorbe fuertemente la luz infrarroja. Su detección es uno de los grandes logros de la astronomía, ya que constituye un requisito para la vida tal como la conocemos y desempeña un papel clave en la climatología planetaria. Se ha identificado en varias “supertierras” y en “Júpiter calientes”.
- Sodio (Na): Absorbe fuertemente en el amarillo. Fue uno de los primeros gases detectados en una atmósfera exoplanetaria (en el planeta HD 209458 b). Una fuerte firma de sodio sugiere una atmósfera relativamente despejada, sin nubes altas que la oscurezcan.
- Metano (CH₄): Tiene una firma espectral clara en el infrarrojo. En la Tierra, la mayor parte del metano es producido por procesos biológicos (aunque también por procesos geológicos), por lo que es un potencial biomarcador
- Oxígeno (O₂) y Ozono (O₃): El oxígeno molecular es muy reactivo y desaparece rápidamente de la atmósfera a menos que sea repuesto continuamente. En nuestro planeta, la fuente principal es la fotosíntesis. Por tanto, encontrar oxígeno junto con metano en una atmósfera exoplanetaria sería una de las evidencias más fuertes de posible vida.
- Dióxido de Carbono (CO₂) y Monóxido de Carbono (CO): Gases comunes que nos hablan de la química atmosférica y del potencial efecto invernadero de un planeta.
Al combinar estas detecciones, podemos empezar a pintar un cuadro no solo de qué está hecha la atmósfera, sino de cómo podría ser el planeta.
Ejemplo de observación
Por ejemplo, imagina que observamos la estrella TRAPPIST-1e.
- Detectamos una caída de brillo: El planeta transita. Vemos que la caída es más pronunciada en la luz infrarroja que en la visible. Esto sugiere que el planeta tiene una atmósfera extensa que es más transparente a la luz visible.
- Analizamos el espectro durante el tránsito: Al descomponer la luz, encontramos que faltan longitudes de onda específicas que son absorbidas por el vapor de agua (H₂O) y el dióxido de carbono (CO₂).
- Interpretamos el "color": La presencia de estos gases, en las cantidades correctas, podría indicar que el planeta tiene un efecto invernadero que le permite tener temperaturas moderadas.
- Buscamos biomarcadores: Si además detectáramos una firma espectral simultánea de oxígeno (O₂) y metano (CH₄) (gases que reaccionan entre sí y necesitan una fuente constante para coexistir), sería una potentísima indicación de que podría albergar vida.
Los colores del espectro de la luz que nos llegan desde un exoplaneta son un código de barras que, cuando se descifra con la espectroscopia, nos revela secretos sobre su tamaño, masa, composición atmosférica, clima e incluso su potencial habitabilidad. Sin analizar la luz, los exoplanetas serían solo puntos oscuros pasando frente a estrellas lejanas. La luz les da color, contexto y, potencialmente, un significado profundo.
Referencias
- https://science.nasa.gov/exoplanets/
- https://www.jpl.nasa.gov/
- https://es.wikipedia.org/wiki/Espectroscopia
- https://en.wikipedia.org/wiki/Astronomical_spectroscopy
- https://science.nasa.gov/mission/hubble/science/science-behind-the-discoveries/hubble-spectroscopy/
- https://webbtelescope.org/contents/articles/spectroscopy-101--invisible-spectroscopy
- Imagen espectros: https://mecatronica.net/emilio/fisica/Espectros.htm
- Imagen TRAPPIST-1: NASA/JPL-Caltech
- Imagen exoplaneta WASP-96 b: NASA, ESA, CSA, STScI
- Imagen exoplaneta HAT-P-11b: NASA, ESA, STScI
