El planeta gigante que los científicos no pueden encontrar

Están sucediendo cosas extrañas en los bordes exteriores de nuestro sistema solar. Un objeto de hasta diez veces la masa de la Tierra está atrayendo a otros hacia él. ¿Es un planeta o algo más?

Por Zaria Gorvett/BBC futuro.

Pags ercival Lowell fue un hombre de muchos errores.

El escritor de viajes y hombre de negocios del siglo XIX, fabulosamente rico, perennemente bigotudo y a menudo vestido con impecables trajes de tres piezas, había leído un libro sobre Marte y, sobre esta base, decidió convertirse en astrónomo. Durante las próximas décadas, hizo una serie de afirmaciones descabelladas.

Primero, estaba convencido de la existencia de marcianos y pensó que los había encontrado (no lo había hecho). Otros habían documentado líneas extrañas que atravesaban el planeta, y Lowell sugirió que se trataba de canales, construidos como el último intento de una civilización moribunda de sacar agua de los casquetes polares. Usó su fortuna para construir un observatorio completo, solo para ver mejor. Se Resultó que eran una ilusión óptica creada por las montañas y cráteres en Marte, visto a través de telescopios de baja calidad.

Lowell también creía que el planeta Venus tenía radios, que se ven en sus notas como líneas de araña que emanan de su centro (no es así). Aunque sus ayudantes intentaron encontrarlos, parecía que solo él podía ver este detalle inesperado. Ahora se supone que eran sombras proyectadas por los iris de sus propios ojos , mientras miraba a través de su telescopio.

Pero sobre todo, Lowell estaba decidido a encontrar el noveno planeta de nuestro sistema solar, un hipotético "planeta X", que en ese momento se pensaba que era el responsable de las órbitas deshonestas de los planetas más lejanos del Sol. -gigantes de hielo azul Urano y Neptuno. Aunque nunca puso los ojos en este gigante fantasma, la búsqueda consumió la última década de su vida y, después de varios ataques de nervios, murió a la edad de 61 años.

Poco sabía él, la búsqueda aún continuaría, con algunos ajustes, en 2021.

Un rastro falso

Sin inmutarse por su propia mortalidad, Lowell dejó un millón de dólares para la causa de encontrar el planeta X en su testamento. Entonces, después de un breve interludio que involucró una batalla legal con su viuda, Constance Lowell, su observatorio siguió buscando.

Solo 14 años después, el 18 de febrero de 1930, un joven astrónomo estaba mirando dos fotos de cielos llenos de estrellas, cuando notó una mancha entre ellas. Era un mundo diminuto. Había encontrado a Plutón, considerado durante un tiempo el escurridizo planeta X.

Plutón fue degradado a un planeta enano en 2006, dejando una apertura para un nuevo noveno planeta (Crédito: NASA / Johns Hopkins University / Southwest Research Institute)

Por desgracia, no fue así. Pronto los científicos se dieron cuenta de que esto no podía ser lo que Lowell estaba buscando: no era lo suficientemente grande como para alejar a Neptuno y Urano de sus posiciones legítimas. Plutón fue solo un intruso accidental, que resultó estar en el área.

El golpe final al planeta X llegó en 1989, cuando la nave espacial Voyager 2 pasó por Neptuno y reveló que es un poco más ligera de lo que nadie había pensado originalmente. Con esto en mente, finalmente un científico de la NASA calculó que las órbitas de los planetas exteriores habían tenido sentido desde el principio . Lowell había instigado una búsqueda que nunca había sido necesaria.

Pero justo cuando se eliminó el concepto de un planeta oculto, se sentaron las bases para su resurrección.

En 1992, dos astrónomos que habían "escaneado tenazmente los cielos en busca de objetos tenues más allá de Neptuno" durante años, según la NASA, descubrieron el Cinturón de Kuiper . Esta rosquilla cósmica de objetos congelados, que se extiende un poco más allá de la órbita de Neptuno, es una de las características más grandes del sistema solar. Es tan vasto que se cree que contiene cientos de miles de objetos de más de 100 km (62 millas) de diámetro , así como hasta un billón de cometas.

Pronto, los científicos se dieron cuenta de que era poco probable que Plutón fuera el único objeto grande en los confines del sistema solar, y comenzaron a cuestionarse si en realidad era un planeta. Luego encontraron "Sedna" (alrededor del 40% del tamaño de Plutón), "Quaoar" (alrededor de la mitad del tamaño de Plutón) y "Eris" (casi del mismo tamaño que Plutón). Quedó claro que los astrónomos necesitaban una nueva definición.

Pensamos 'esto es bastante interesante, ¿cómo puede ser esto?' - Konstantin Batygin

En 2006, la Unión Astronómica Internacional votó para degradar el estado de Plutón a un "planeta enano", junto con los recién llegados. Mike Brown, profesor de astronomía planetaria en el Instituto de Tecnología de California, Caltech, que dirigió el equipo que identificó a Eris, se autodenomina como el "hombre que mató a Plutón" hasta el día de hoy. El noveno planeta ya no existía.

Una firma fantasmal

Al mismo tiempo, el descubrimiento de estos objetos descubrió una nueva e importante pista en la búsqueda de un planeta oculto.

Resulta que Sedna no se está moviendo de la manera que todos esperaban: trazando anillos elípticos alrededor del Sol, desde el interior del Cinturón de Kuiper. En cambio, este planeta enano toma un camino extraño e inesperado, oscilando desde solo 76 distancias Tierra-Sol (aproximadamente 11 mil millones de k / 7 mil millones de millas) desde el centro de nuestro sistema solar hasta más de 900 (aproximadamente 135 mil millones de km / 84 mil millones de millas). ). Su órbita es tan serpenteante que tarda 11.000 años en completarse; la última vez que Sedna estuvo en su posición actual, los humanos acababan de inventar la agricultura.

Percival Lowell estableció su observatorio en Flagstaff, Arizona para buscar vida inteligente en Marte. Finalmente se usó para encontrar a Plutón (Crédito: Alamy)

Es como si algo tirara de Sedna y se lo llevara.

Ingrese una nueva adición hipotética a nuestro sistema solar, pero no como se pensaba antes. En 2016, el mismo Mike Brown que había matado a Plutón, junto con su colega Konstantin Batygin, también profesor de ciencia planetaria en Caltech, fueron coautores de un artículo que proponía un planeta masivo , entre cinco y diez veces el tamaño de la Tierra.

Su idea surgió de la observación de que Sedna no era el único objeto fuera de lugar. Se le unieron otros seis , y todos ellos están siendo arrastrados en la misma dirección. También hay otras pistas, como el hecho de que cada uno está inclinado sobre su eje exactamente en la misma dirección. La pareja calculó que la probabilidad de que los seis objetos fueran tirados exactamente en la misma dirección, con la misma inclinación por casualidad, era solo del 0,007%.

"Pensamos 'esto es bastante interesante, ¿cómo puede ser esto?'", Dice Batygin. "Fue bastante notable porque tal agrupación, si se deja sola durante un período de tiempo suficientemente largo, se dispersaría, simplemente debido a la interacción con la gravedad de los planetas".

En cambio, propusieron que el Planeta Nueve había dejado su huella fantasmal en los confines de nuestro sistema solar, distorsionando las órbitas de los objetos a su alrededor con su atracción gravitacional. Varios años después, y la cantidad de objetos que se ajustan al patrón orbital excéntrico y la inclinación ha seguido aumentando, "ahora tenemos alrededor de 19 en total", dice Batygin.

Aunque nadie ha visto todavía el hipotético planeta, es posible inferir una cantidad sorprendente sobre él. Al igual que con los otros objetos más allá del Cinturón de Kuiper, la órbita del nuevo Planeta Nueve estaría tan distorsionada que se espera que su alcance más lejano esté dos veces más lejos que el más cercano, alrededor de 600 veces la distancia del Sol a la Tierra (90 mil millones km / 56 mil millones de millas), vs 300 (45 mil millones de km / 28 mil millones de millas). Los científicos también se han aventurado a adivinar su estética: helada, con un núcleo sólido, como Urano o Neptuno .

Luego está la pregunta resbaladiza de dónde podría haber venido el Planeta Nueve en primer lugar. Hasta ahora, hay tres ideas principales. Una es que se formó donde se esconde actualmente, lo que Batygin descarta como relativamente improbable porque esto requeriría que el sistema solar primitivo se haya extendido hasta su refugio distante.

También existe la sugerencia intrigante de que el noveno planeta es en realidad un impostor alienígena, un objeto que fue robado de otra estrella hace mucho tiempo cuando el Sol todavía estaba en el cúmulo estelar en el que nació. "El problema con una historia así es que es muy probable que luego pierdas el planeta en el próximo encuentro", dice Batygin. "Entonces, estadísticamente, ese modelo tiene problemas".

Neptuno es actualmente el planeta conocido más distante de nuestro sistema solar, pero podría haber otro al acecho más allá del Cinturón de Kuiper (Crédito: Nasa / JPL)

Luego está el favorito personal de Batygin, que admite que tampoco es "un mate absoluto". En este escenario, el planeta se formó mucho más cerca del Sol, en un momento en que el sistema solar estaba en sus primeras etapas y los planetas apenas comenzaban a fusionarse a partir del gas y el polvo circundantes. "De alguna manera colgó alrededor de la región de formación del planeta gigante, antes de ser dispersado por Júpiter o Saturno, y posteriormente tuvo su órbita modificada por las estrellas que pasaban", dice.

Un escondite oscuro

Por supuesto, todo esto plantea una pregunta obvia: si el Planeta Nueve está realmente allí, ¿por qué nadie lo ha visto?

"No tenía una apreciación particularmente fuerte de lo difícil que sería encontrar el Planeta Nueve hasta que comencé a buscar junto con Mike usando telescopios", dice Batygin. "La razón por la que es una búsqueda tan difícil es porque la mayoría de los estudios astronómicos no buscan nada".

Por ejemplo, los astrónomos normalmente buscarían una clase de objetos, como un tipo particular de planeta. Incluso si son raros, si examina una extensión de espacio lo suficientemente amplia, es probable que encuentre algo. Pero cazar un objeto específico como el Planeta Nueve es un ejercicio completamente diferente. "Sólo hay una pequeña porción del cielo que lo tiene", dice Batygin, quien explica que otro factor es el desafío un poco más prosaico de reservar franjas horarias para usar el tipo de telescopio correcto.

"Realmente, en este momento, el único juego en la ciudad para encontrar el Planeta Nueve es el Telescopio Subaru", dice Batygin. Este gigante de 8,2 m, ubicado en la cima de un volcán inactivo, Maunakea, en Hawai, es capaz de capturar incluso la luz débil de los objetos celestes distantes. Esto es ideal, porque el planeta en sombras estaría tan lejos que es poco probable que refleje mucha luz del Sol.

"Solo tenemos una máquina que podemos usar, y podemos usarla tal vez tres noches al año", dice Batygin, quien acababa de correr tres noches con el telescopio la semana anterior. "La buena noticia es que el telescopio Vera Rubin estará en línea en los próximos años y probablemente lo encontrarán". Este telescopio de próxima generación, actualmente en construcción en Chile, escaneará el cielo sistemáticamente, fotografiando toda la vista disponible, cada pocas noches, para estudiar su contenido.

Una alternativa intrigante

Sin embargo, hay un escenario casi escandalosamente peculiar en el que el planeta nunca se encontrará de esta manera: después de todo, puede que no sea un planeta, sino un agujero negro.

El telescopio Subaru en Hawái ya ha detectado el objeto conocido más distante de nuestro sistema solar, apodado "Farfarout", durante una búsqueda del Planeta Nueve (Crédito: Alamy)

"Toda la evidencia de que existe un objeto es gravitacional", dice James Unwin, profesor de física en la Universidad de Illinois, Chicago, quien sugirió por primera vez la idea, junto con Jakub Scholtz, investigador postdoctoral de la Universidad de Turín. Si bien estamos más familiarizados con la idea de que los planetas ejercen una poderosa atracción gravitacional, "hay otras cosas que pueden generarla, que son más exóticas", dice Unwin.

Algunos reemplazos plausibles para el planeta nueve incluyen una pequeña bola de materia oscura ultraconcentrada o un agujero negro primordial. Como los agujeros negros se encuentran entre los objetos más densos del Unwin, Unwin explica que es muy posible que estos últimos estén deformando las órbitas de objetos distantes en el sistema solar exterior.

Los agujeros negros con los que estamos más familiarizados tienden a incluir agujeros negros "estelares", que tienen una masa que es al menos tres veces mayor que la de nuestro propio Sol, y agujeros negros "supermasivos", que son millones o miles de millones de veces la masa de nuestro Sol. Mientras que las primeras nacen de estrellas moribundas que colapsan sobre sí mismas, las últimas son más misteriosas, posiblemente comenzando como estrellas colosales que implosionan y luego acumulan gradualmente más y más masa al devorar todo lo que los rodea, incluidos otros agujeros negros.

Los agujeros negros primordiales son diferentes. Nunca se han observado, pero se cree que se originan en la niebla caliente de energía y materia que se formó en el primer segundo del Big Bang. En este entorno desigual, algunas partes del Universo pueden haberse vuelto tan densas que se comprimieron en pequeños bolsillos con la masa de los planetas.

Unwin señala que hay cero probabilidad de que el agujero negro se forme a partir de una estrella, ya que mantienen su potente atracción gravitacional, simplemente está concentrado. Incluso los agujeros negros estelares más pequeños tienen masas tres veces mayores que las de nuestro Sol, por lo que sería como tener al menos tres soles adicionales tirando de los planetas de nuestro sistema solar. En resumen, definitivamente nos habríamos dado cuenta.

Sin embargo, Unwin y Scholtz dicen que podría ser un agujero negro primordial, ya que se cree que son sustancialmente más pequeños. "Debido a que estas cosas nacen durante las primeras etapas del Universo, las regiones densas a partir de las que se formaron podrían haber sido particularmente pequeñas", dice Scholtz. "Como resultado, la masa contenida en este agujero negro que eventualmente se forma a partir de él puede ser mucho, mucho menor que una estrella, incluso pueden ser solo un par de libras, como un trozo de roca". Esto está más en línea con la masa predicha del Planeta Nueve, que se cree que es equivalente a hasta diez Tierras.

El planeta enano Sedna tiene una órbita poco convencional que podría explicarse por la atracción gravitacional de un planeta masivo no descubierto (Crédito: Nasa / JPL-Caltech)

¿Qué aspecto tendría? ¿Deberíamos estar preocupados? ¿Y esto podría ser incluso más emocionante que descubrir un planeta?

Primero, incluso los agujeros negros primordiales son lo suficientemente densos como para que ninguna luz pueda escapar. Son la forma más auténtica de negro. Esto significa que este no aparecería en ningún tipo de telescopio que exista actualmente. Si lo miraras directamente, la única pista de su presencia sería un vacío en blanco, un pequeño espacio en el manto de estrellas en el cielo nocturno.

Lo que nos lleva al verdadero problema. Si bien la masa de este agujero negro sería la misma que la del Planeta Nueve propuesto, hasta 10 veces la de la Tierra, se condensaría en un volumen aproximadamente del tamaño de una naranja. Encontrarlo requeriría algo de ingenio.

Hasta ahora, las sugerencias incluyen buscar los rayos gamma que emiten los objetos cuando caen en los agujeros negros, o liberar una constelación de cientos de pequeñas naves espaciales, que podrían, si tenemos suerte, pasar lo suficientemente cerca como para ser tirado hacia él cada vez más fraccionalmente, y acelerar en una cantidad detectable.

Dado que la misteriosa atracción gravitacional emana de los confines más lejanos de nuestro sistema solar, las sondas tendrían que enviarse a través de una matriz de láser terrestre , que podría impulsarlas al 20% de la velocidad de la luz. Si viajaran más lento, podrían tardar cientos de años en llegar, un experimento que, naturalmente, se extendería mucho más allá de la vida de un ser humano.

Da la casualidad de que estas naves espaciales futuristas ya se están desarrollando para otra ambiciosa misión, el proyecto Breakthrough Starshot , que tiene como objetivo enviarlas al sistema estelar Alpha Centauri, a 4,37 años luz de distancia.

Si descubriéramos un agujero negro al acecho, en lugar de un planeta helado, Unwin dice que no habría necesidad de entrar en pánico. "Hay un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia", dice. "Pero no nos preocupamos de que nuestro sistema solar caiga en él, porque estamos en una órbita estable a su alrededor". Entonces, si bien un agujero negro primitivo absorberá cualquier cosa a su paso, esto no incluiría a la Tierra, que, como los otros planetas internos, nunca se acerca.

"No es como una aspiradora", dice Unwin. Explica que, desde la perspectiva de cualquier persona en la Tierra, tener un agujero negro sin descubrir en el sistema solar no es tan diferente a tener un planeta oculto allí.

Pero si bien los agujeros negros estelares y primordiales son esencialmente lo mismo, estos últimos nunca se han encontrado ni estudiado, y se espera que la diferencia de escala conduzca a algunos fenómenos extraños. “Yo diría que las cosas que suceden con los agujeros negros pequeños son más interesantes que lo que sucede con los agujeros negros grandes”, dice Scholtz.

En 2019, el Event Horizon Telescope (EHT) capturó una imagen de la sombra de un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia Messier 87 (Crédito: Alamy)

Un ejemplo es el acertadamente llamado proceso de "espaguetificación", que a menudo se ilustra con la fábula de un astronauta que se aventuró demasiado cerca del horizonte de sucesos de un agujero negro, el punto más allá del cual no puede escapar la luz, y cayó de cabeza. Aunque su cabeza y sus pies estaban a solo unos metros el uno del otro, la diferencia en las fuerzas gravitacionales que actuaban sobre ellos sería tan grande que se estiraría como espaguetis.

Curiosamente, el efecto debería ser aún más dramático cuanto más pequeño es el agujero negro. Sholtz explica que se trata de distancias relativas: si tienes dos metros de altura y estás cayendo a través de un horizonte de eventos que está a un metro del centro de un agujero negro primordial, la discrepancia entre la ubicación de tu cabeza y tus pies es mayor, en comparación al tamaño del agujero negro. Esto significa que se estirará mucho más que si se cayera en uno estelar que tiene un millón de millas de diámetro.

"Y así, curiosamente, son más interesantes", dice Scholtz. La espaguetificación ya se ha visto a través de un telescopio, cuando una estrella se acercó demasiado a un agujero negro estelar a 215 millones de años luz de la Tierra y fue destrozada (ningún astronauta resultó dañado). Pero si hay un agujero negro primordial en nuestro propio sistema solar, brindaría a los astrofísicos la oportunidad de estudiar este comportamiento, y muchos otros, de cerca.

Entonces, ¿qué opina Batygin de la posibilidad de que el noveno planeta tan buscado sea en realidad un agujero negro? "Es una idea creativa, y no podemos restringir su composición ni siquiera en lo más mínimo", dice. "Creo que tal vez sea mi propio sesgo, ser profesor de ciencias planetarias, pero los planetas son un poco más comunes ..."

Mientras Unwin y Scholtz buscan un agujero negro primigenio para experimentar, Batygin está igualmente interesado en un planeta gigante, citando el hecho de que el tipo más común en toda la galaxia son aquellos que tienen aproximadamente la misma masa que el Planeta Nueve.

"Mientras tanto, la mayoría de los exoplanetas que orbitan alrededor de estrellas similares al Sol, se encuentran en este extraño rango de ser más grandes que la Tierra y considerablemente más pequeños que Neptuno y Urano", dice. Si los científicos encuentran el planeta perdido, será lo más cerca que puedan llegar a una ventana a los de otras partes de la galaxia.

Solo el tiempo dirá si la última misión tendrá más éxito que la de Lowell. Pero Batygin confía en que sus misiones son totalmente diferentes. "Todas las propuestas son bastante distintas tanto en los datos que parecen que buscan explicar, como en los mecanismos que utilizan para explicarlo", dice.

De cualquier manera, la búsqueda del legendario noveno planeta ya ha ayudado a transformar nuestra comprensión del sistema solar. Quién sabe qué más encontraremos antes de que termine la caza.

Zaria Gorvett es periodista senior de BBC Future y tuitea @ZariaGorvett