A LA CAZA DE MUNDOS HABITABLES.

1-José Manuel Nieves

 

POR JOSÉ MANUEL NIEVES

 

 

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El 6 de octubre de 1995, Michel Mayor y Didier Queloz publicaron en la revista Nature un artículo que estaba destinado a cambiar la astronomía para siempre. En él se anunciaba el hallazgo de 51 Pegasi b -hoy llamado Dimidio, el primer planeta observado en órbita alrededor de una lejana estrella similar al Sol. Hasta ese momento, solo se había confirmado la presencia de dos mundos extrasolares alrededor del púlsar PSR B1257+12. Pero el descubrimiento y posterior confirmación de la existencia de 51 Pegasi b, a 50 años luz, abrió las puertas de una cacería científica sin precedentes que aún no ha terminado: la búsqueda de un planeta gemelo al nuestro.

51 Pegasi b no se parece en nada a la Tierra. Se trata de un mundo enorme y gaseoso, comparable a Júpiter, y está tan cerca de su sol que en él reinan temperaturas que superan los 5.000 °C. Es un infierno, si se compara con nuestro pequeño y templado planeta azul. Para su detección, fueron necesarios años de cálculos, comparaciones estadísticas y mediciones sin fin con el espectrógrafo ELODIE, en el observatorio francés de la Alta Provenza.

 

TAL Y COMO DECLARÓ EN 2012 EL PROPIO QUELOZ A ESTE PERIODISTA.

“No hubo un momento especial. No hubo un ¡Eureka, lo tenemos!’. Se trató, más bien, de una idea que se fue abriendo camino poco a poco. Te pasas años enteros obteniendo datos y comprobándolos mil veces. Y al final te convences de que la única explicación posible para esos datos es que haya un planeta. Es un proceso lento, doloroso… Incluso cuando estuvimos seguros, teníamos miedo de habernos equivocado en algo, de hacer un anuncio erróneo”.

Pero no lo fue. Desde aquel histórico hallazgo, Queloz ha descubierto otro centenar de planetas fuera de nuestro sistema solar. Al mismo tiempo, miles de astrónomos de todo el globo se han lanzado a la caza de mundos lejanos. Nuevos instrumentos y revolucionarios métodos de detección son puestos a punto por una legión de investigadores. Tanto en la Tierra como en el cielo, telescopios especialmente dedicados analizan la luminosidad, la velocidad radial, los tránsitos o las más leves perturbaciones gravitatorias en las estrellas que puedan revelar la localización de un planeta desconocido.

Así, los descubrimientos se han multiplicado, y raro es el día en que no se anuncie el hallazgo de un nuevo mundo extrasolar. Hoy, según se puede comprobar en el Archivo de Exoplanetas de la NASA, se tiene constancia de cerca de 3.800 de estos objetos, repartidos por casi 2.900 sistemas solares diferentes. Además, hay varios miles más de candidatos cuya existencia aún no se ha podido confirmar.

Con esas abultadas cifras, los científicos han podido empezar a hacer cosas que hace apenas unos años habría pm cuido exclusivas de la ciencia ficción, como clasificar los planetas por tipos y categorías. De este modo, en función de su masa, órbita o composición, entre otros parámetros, los nuevos mundos han ido entrando en distintas familias, como la de los Júpiter calientes -a la que pertenece el citado 51 Pegasi b- , la de las supertierras y la de los planetas oceánicos, de carbono, lava y hierro, por citar solo algunas.

Cada familia o categoría aporta a los investigadores una valiosa información acerca de cómo nacen y se desarrollan los sistemas solares, y qué tipos concretos de estrellas son más aptas para albergar planetas o cuáles, por el contrario, resultan estériles. Pero el principal objetivo, el santo grial de los cazadores de mundos, es, sin duda, localizar más cuerpos como la Tierra. Es decir, capaces de albergar vida o, por qué no, dar cobijo a los seres humanos del futuro.

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Kepler 1861.

Para encontrar una nueva Tierra, los científicos buscan mundos rocosos, más o menos del mismo tamaño que el nuestro, con agua en abundancia y que se encuentren, además, a la distancia exacta de su estrella, para que esta no la evapore o la congele. Pero ¿existen tales planetas? La respuesta es sí.

Según figura en los datos del Laboratorio de Habitabilidad Planetaria, que mantiene la Universidad de Puerto Rico en el observatorio de Arecibo, hasta ahora se han descubierto 55 que podrían reunir esas condiciones y que reciben la designación de potencialmente habitables. Se trata de un número bastante elevado si tenemos en cuenta que la mayoría de los mundos extrasolares que hemos localizado se encuentran relativamente cerca de nosotros, en nuestro vecindario estelar inmediato. Se necesitarán nuevas tecnologías, algunas de ellas ya en desarrollo, para ampliar el radio de búsqueda a estrellas mucho más lejanas, tanto dentro como fuera de nuestra galaxia.

 

DE LOS 55 OBJETOS ANTES MENCIONADOS, VEINTIDÓS TIENEN UN TAMAÑO SIMILAR A LA TIERRA,

Uno es algo más pequeño y los 32 restantes se engloban en la categoría de supertierras, esto es, mundos rocosos entre una y diez veces más masivos que el nuestro. ¿Estará alguno repleto de vida? ¿Poseerá una atmósfera respirable? ¿Se habrá producido allí el milagro de la fotosíntesis? Aún es pronto para saberlo, ya que la tecnología disponible todavía no nos permite responder a estas preguntas. No obstante, la comprobación empírica de que la mayoría de las estrellas posee sus propios planetas ha provocado en la comunidad científica una profunda transformación, prácticamente filosófica. De hecho, en la actualidad casi nadie duda de que ahí fuera debe haber no solo uno, sino un gran número de mundos habitables… y habitados. Esta creencia se basa en la estadística.

Los cálculos más conservadores, llevados a cabo mediante la extrapolación de los resultados obtenidos a partir del estudio de las estrellas con planetas ya observadas, indican que solo en nuestra galaxia podría haber entre 1,6 y dos planetas por estrella. Y dado que en la Vía Láctea existen entre 100.000 y 400.000 millones de ellas, el número de mundos posible oscilaría entre los 160.000 y los 800.000 millones. Y eso sin contar que en el universo observable hay alrededor de otros 100.000 millones de galaxias, cada una de ellas con miles de millones de estrellas. Para la mayoría de los investigadores, el hecho de que la vida haya podido arraigar en un solo planeta sería, como poco, una aberración estadística.

Resulta evidente que apenas hemos arañado la superficie del estudio del cosmos. Si imagináramos que todo él fuese una playa de varios kilómetros de longitud en la que cada grano de arena fuese un mundo, todos los esfuerzos realizados hasta ahora por los científicos apenas habrían servido para echar un vistazo superficial a los pocos miles de granos que rodean al nuestro, en un radio de aproximadamente un centímetro. Para contar con alguna posibilidad de encontrar una nueva Tierra, tendremos que multiplicar nuestros esfuerzos. Necesitamos ayuda. Y esa ayuda vendrá de los ordenadores.

 

PODEMOS COMBROBAR CÓMO LA IA HA IRRUMPIDO EN NUESTRAS VIDAS.

En cualquier periódico, revista o programa de radio o televisión, estas siglas aparecen continuamente y en relación a los temas más variados. Sus ventajas y peligros llenan horas enteras de sesudos debates y desafían el criterio de articulistas y pensadores de los cinco continentes. Es posible que las sociedades modernas tarden un tiempo en digerir esta nueva revolución cognitiva, y aún más si tal expresión no se refiere a los seres humanos.

Sin embargo, para muchos investigadores, el advenimiento de la inteligencia artificial y el machine learning, la capacidad de las máquinas para aprender de su entorno y sacar conclusiones, es como maná llovido del cielo. Y los cazadores de planetas no son una excepción.

Los instrumentos científicos que han venido utilizándose en la incesante búsqueda de mundos habitables, como el telescopio espacial Kepler de la NASA y su sucesor, el TESS, han sido diseñados para peinar amplias zonas del firmamento, analizar los miles de estrellas presentes en ellas y devolver los datos a los investigadores. Y si hay algo que una inteligencia artificial sabe hacer bien es, precisamente, analizar grandes cantidades de datos en busca de joyas que a los astrónomos podrían habérseles pasado por alto.

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Zona de habitabilidad.

A finales de 2017, un ingeniero informático de Google llamado Christopher Shallue tuvo la brillante idea de aplicar esta estrategia a la astronomía. Los científicos, pensó, reciben tal cantidad de datos de los instrumentos que emplean en sus investigaciones que tienen serias dificultades a la hora de tamizarlos. Solo la misión Kepler ha aportado información sobre billones y billones de posibles órbitas planetarias. Es demasiado para la capacidad de gestión de cualquier ser humano.

Por supuesto, los científicos ya contaban con una serie de programas de filtrado automático para seleccionar, entre esa marea de datos, los que resultaran más prometedores. No obstante, esas herramientas presentan ciertos problemas; por ejemplo, tienden a ignorar por completo las señales

Una red neural artificial ya ha detectado dos planetas que los astrónomos habían pasado por alto más débiles. Con ello en mente, Shallue y su colega Andrew Vanderburg decidieron desarrollar una red neuronal artificial una tecnología que emula el modo en que nuestro cerebro procesa los datos capaz de digerir toda esa información previamente ignorada y buscar en ella indicios de la existencia de posibles exoplanetas.

 

LO PRIMERO QUE HICIERON FUE ENTRENAR DEBIDAMENTE A ESA INTELIGENCIA ARTIFICIAL.

Para ello, la nutrieron con más de 15.000 señales que los astrónomos ya habían examinado con anterioridad. Aquella primera prueba fue un éxito, pues la mencionada red neuronal logró identificar correctamente los auténticos planetas y distinguirlos de los falsos positivos, con una tasa de aciertos superior al 96 %.

Una vez que la IA hubo aprendido a reconocer otros mundos, el siguiente paso fue dirigir su atención hacia 670 estrellas que ya contaban con planetas conocidos, en busca de señales más sutiles que pudieran haber sido excluidas. Y ¡bingo! El software dio con dos nuevos cuerpos: Kepler90i, que se convirtió en el octavo planeta alrededor de la estrella Kepler 90, a 2.545 años luz; y Kepler-80g, que pasó a engrosar la lista de los cinco planetas previamente descubiertos alrededor de Kepler-80, a 1.164 años luz. En vista de estos espectaculares resultados, Shallue y Vanderburg planean poner a trabajar su red neuronal en el conjunto completo de datos de la sonda Kepler, que abarca 150.000 estrellas.

Ni que decir tiene que los responsables de la misión están más que encantados por esta inesperada ayuda. Eso sí, no solo se trata de encontrar nuevos planetas, sino de afirmar la búsqueda y centrarla, en la medida de lo posible, en aquellos que podrían albergar vida. En otras palabras, los astrónomos no solo buscan cantidad, sino calidad. Pero ¿cómo distinguir entre rocas estériles y mundos habitables? El único ejemplo del que disponemos, el único mundo que podemos utilizar para establecer comparaciones, es el nuestro. Y eso es muy poco si queremos aplicar el método científico de forma rigurosa.

 

AL FIN Y AL CABO, PODRÍA SER QUE LOS PLANETAS POBLADOS

Por organismos basados en el carbono, como ocurre, por ejemplo, en la Tierra, fueran los menos comunes y que, por el contrario, abundaran en el universo las formas de vida dependientes de otros elementos químicos, como el azufre y el silicio. ¿Cómo podríamos dar con ellas si fueran tan ajenas a nosotros? ¿De qué modo habría que diseñar los instrumentos para que detectaran algo que desconocemos por completo? No son pocos los expertos que piensan que, incluso en el escaso tiempo que llevamos buscando, es posible ya que nos hayamos topado con planetas vivos y que los hayamos descartado simplemente porque no hemos sido capaces de identificar los organismos que podrían prosperar en ellos. Por ahora, tendremos que conformarnos con buscar mundos en los que la vida haya surgido a partir de los mismos elementos que en la Tierra y seguido procesos químicos similares.

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Sistema Kepler-90.

Una tarea, por cierto, nada sencilla. El problema es que conocer la composición de un planeta y saber que contiene agua no basta para poder afirmar que en él ha surgido la vida. Hay muchos otros factores que son necesarios para que se produzca tal cosa, como la existencia de una atmósfera estable o una tectónica de placas que remueva periódicamente la corteza planetaria, mezclando los elementos y favoreciendo la actividad biológica. Incluso en el caso de que encontráramos un exoplaneta que reuniera todas esas características, aún tendríamos que identificar desde la Tierra toda una serie de marcadores atmosféricos que revelaran tal actividad en la superficie.

En nuestro planeta podría ser el caso del metano, que se debe en buena parte a la presencia de los seres vivos. La tecnología actual no da para tanto. El estudio de las atmósferas planetarias es el siguiente peldaño de la escalera que nos llevará a encontrar un planeta similar al nuestro.

Aunque los instrumentos que se encuentran en servicio están al límite de sus capacidades y no tienen la suficiente precisión y resolución como para permitir esos análisis, una nueva generación de observatorios espaciales y terrestres, ya en desarrollo, multiplicará las capacidades de los equipos actuales.

Uno de los más ambiciosos es el telescopio espacial James Webh, que se considera el sustituto del Hubble. A partir de 2021, cuando está previsto su lanzamiento, permitirá estudiar en detalle la composición de los planetas extrasolares y sus atmósferas.

 

LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL JUGARÁ UN PAPEL IMPORTANTE

En estos nuevos dispositivos y, así, ayudará a determinar si existen señales inequívocas de la presencia de vida en un mundo lejano o a predecir qué planetas en concreto podrían resultar habitables.

De hecho, las primeras pruebas en este sentido ya se están realizando. Sin ir más lejos, el pasado mes de abril Christopher Bishop, un investigador del Centro de Robótica y

Sistemas Neurales de la Universidad de Plymouth (Reino Unido), presentó durante la Semana Europea de Astronomía y Ciencias Espaciales, que se celebró en Liverpool, un prometedor sistema de inteligencia artificial capaz de reconocer patrones que permiten identificar planetas propicios para albergar vida tal y como la conocemos.

Junto con sus colaboradores, Bishop ha entrenado una red neuronal para que clasifique los planetas en cinco categorías, en función de si se parecen más a la Tierra actual, a la Tierra primitiva, a Marte, a Venus o a Titán, una de las lunas de Saturno.

Estos cinco referentes tienen en común que se trata de mundos rocosos, cuentan con una atmósfera y se encuentran entre los objetos potencialmente más habitables del Sistema Solar. La red neuronal fue alimentada por los investigadores con los numerosos datos atmosféricos registrados durante años en los cinco cuerpos mencionados. Como por ahora la existencia de vida solo está confirmada en la Tierra, la estrategia que la IA emplea para determinar las probabilidades de que esta pueda desarrollarse en un mundo extrasolar se basa en las propiedades atmosféricas y orbitales de los mundos de referencia.

Acto seguido, los científicos completaron el entrenamiento de la red neuronal con más de cien perfiles espectrales atmosféricos diferentes, cada uno de ellos con cientos de parámetros que contribuyen de un modo u otro a la habitabilidad de un planeta. Después, llegó la hora de presentar a la IA un perfil atmosférico que esta nunca hubiera visto antes y dejar que lo estudiara para incluirlo en una de las citadas categorías. Los primeros resultados, según ha avanzado Bishop, han sido extremadamente satisfactorios.

 

CUANDO LOS FUTUROS TELESCOPIOS LLEVEN A CABO SUS PRIMERAS OBSERVACIONES DE LAS ATMÓSFERAS

De los exoplanetas, esta técnica resultará muy útil para categorizar los mundos más allá de nuestro sistema solar según sus posibilidades de habitabilidad y definir cuáles son los más prometedores para estudiarlos en detalle.

Con tales armas en su poder, los astrónomos son cada vez más optimistas, y no son pocos los que están convencidos de que el primer exoplaneta habitable, quizá incluso habitado, se descubrirá durante la próxima década. Por ahora, solo podemos cruzar los dedos y esperar.

 

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LAS ESTRECHAS FRONTERAS DE LA VIDA

Con la tecnología actual, atisbar un mundo como el nuestro no es una tarea fácil. Por una parte, la Tierra es un planeta rocoso y no una simple bola de gas. Además, en ella se da una peculiar combinación estable de oxígeno e hidrógeno que se traduce en una gran cantidad de agua, uno de los requisitos fundamentales para que sea posible la vida tal y como la conocemos. Y si bien es cierto que muchos otros mundos poseen abundantes reservas de este elemento, también lo es que no en todas partes esa agua es aprovechable para la vida.

Para que favorezca su desarrollo, debe permanecer en estado líquido, y eso es algo que depende, en gran medida, de la distancia a la que se encuentre el planeta de su estrella. De esta forma, un mundo que esté demasiado cerca de su sol recibirá mucha más radiación y calor, lo que evaporaría rápidamente sus posibles reservas hídricas. En nuestro sistema solar, Venus es un buen ejemplo de esta situación.

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Marte.

Si, por el contrario, el planeta se halla demasiado lejos de la estrella, el agua que contenga se congelará, como es el caso de Marte. Pero justo entre el demasiado cerca y el demasiado lejos y entre el demasiado caliente y el demasiado frío existe una zona ideal, una órbita privilegiada en la que los planetas reciben la cantidad justa de calor para que su agua pueda conservarse en forma líquida y, de ese modo, se propicie la puesta en marcha de los delicados mecanismos químicos que llevan a la aparición de la vida. Esa región se conoce como zona de habitabilidad, y huelga decir que, en nuestro propio sistema planetario, se encuentra ocupada por un único mundo: la Tierra.

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