El Futuro de la Velocidad Radial está en el Infrarrojo.

Como sabemos, el método de la velocidad radial permite detectar exoplanetas midiendo el efecto que la gravedad del exoplaneta produce en la velocidad de su estrella. Es un método muy exitoso que ha permitido al detección de numerosos exoplanetas, desde que en 1995 Mayor y Queloz descubrieron 51 Pegasi b utilizando esta misma técnica.

Sin embargo, durante estos últimos años los resultados espectaculares del método del tránsito, liderados por el telescopio espacial Kepler, han motivado comentarios sugiriendo que la velocidad radial había iniciado su decadencia. Nada más lejos de la realidad. El descubrimiento en 2016 de Proxima b por velocidades radiales (HARPS) pone de manifiesto que este método es imbatible en el estudio de las estrellas más cercanas.

Los nuevos instrumentos serán excelentes para detectar planetas en las estrellas enanas rojas, que son luminosas en el infrarojo. (Fuente: Wikipedia. Crédito: D. Aguilar CfA)

Lo que sí ha habido es un periodo de transición durante el que los investigadores han estado centrados en el desarrollo e implantación de nuevos instrumentos:

Uno de estos dispositivos es ESPRESSO (construido para los 4 telescopios de 8 metros del VLT en Cerro Paranal) que verá su "primera luz" durante 2017, después de muchos años de trabajo duro persiguiendo el objetivo de alcanzar precisiones de ciencia ficción, inferiores a 10 cm/s (algo así como la necesaria para detectar planetas de la masa de la Tierra orbitando en torno a estrellas similares al Sol). 

Los cuatro telescopios del VLT (Cerro Paranal) recibirán en breve el espectrógrafo ESPRESSO. (Fuente: Wikipedia. Crédito ESO)

Bienvenido sea ESPRESSO. Sin embargo, el ruido ensombrecerá sus resultados y es que el gran problema actual de la técnica de la velocidad radial es nuestra incapacidad para modelizar la actividad estelar de forma realista, distinguiéndola de la señal del planeta. Es decir, una variación de la velocidad radial puede estar motivada por la presencia de un planeta o por la actividad de la estrella y no es fácil separar la una de la otra. Por mucho que aumentemos la resolución de nuestros instrumentos no haremos sino amplificar el ruido originado por la actividad estelar. 

Los falsos positivos son el problema. En nuestra memoria están todavía muchos supuestos planetas que nos ilusionaron para terminar siendo un mero efecto de las manchas de la estrella y su actividad magnética. Zarmina (Gliese-581 g) quizá sea el más famoso de esos supuestos oasis de vida que terminaron siendo simples espejismos, engaños de la luz.

Otros espectrógrafos proponen un planteamiento alternativo y complementario. Se basan en el estudio de las velocidades radiales en el infrarrojo cercano, banda en la que se espera que la actividad estelar sea menos intensa. Es decir, si el ruido de las manchas de la estrella depende de la longitud de onda, la señal de los planetas no. Si somos capaces de descubrir un planeta conjuntamente en el visible y en el infrarrojo, podemos decir que el descubrimiento es razonablemente seguro. 

Además, las estrellas en las que actualmente se están detectando más resultados (como Proxima Centauri o TRAPPIST-1), son las más pequeñas, estrellas enanas rojas con un elevado nivel de actividad estelar y especialmente luminosas en el infrarrojo. Estos nuevos espectrógrafos que operan en el infrarrojo parecen ideales para esta tarea.

La nueva técnica del infrarrojo ya ha mostrado su viabilidad. En marzo de 2016 un artículo mostraba los resultados de un estudio en la banda K de 32 estrellas cercanas de baja masa de los tipos espectrales K2 hasta M4 llevado a cabo con el espectrógrafo CSHELL en el telescopio infrarrojo de 3 metros IRTF que la NASA tiene instalado en Mauna Kea (en Hawai, claro). Estudiaba, entre otras, la mítica estrella Epsilon Eridani. Se obtenían precisiones a largo plazo de 15 m/s (lejos todavía del 1 m/s que dan los espectrógrafos en el visible) que permitían detectar dos planetas grandes ya conocidos de GJ 876. Una nueva versión mejorada de este instrumento (iSHELL) estará disponible en 2017.

El telescopio del observatorio de Calar Alto está dedicado en exclusiva a sacar el máximo provecho posible de CARMENES. (Fuente: Wikipedia. Crédito: Digigalos)

Pero si hay un instrumento llamado a realizar descubrimientos impresionantes, ese es CARMENES. Está instalado, como sabemos, en el telescopio de 3,5 metros del observatorio de Calar Alto en Almería (España), operando de forma continua desde los 0.5 hasta los 1,7 µm en el infrarrojo cercano. Entró en funcionamiento a finales de 2015 y lleva todo el año 2016 estudiando una muestra de unas 300 enanas rojas. CARMENES analiza conjuntamente sus objetivos en el visible y en el infrarrojo, y aportará una solidez a sus descubrimientos que hasta el momento ningún espectrógrafo ha tenido. 

Los resultados publicados de los 6 primeros meses de funcionamiento de CARMENES son especialmente prometedores. Se muestra en ellos la detección del planeta GJ-436 b, un minineptuno conocido desde hace muchos años por múltiples métodos. Es un planeta "fácil" de detectar con una semivelocidad radial  de unos 18 m/s. Pero lo interesante es el error, es decir, que el rms (la media cuadrática de los residuos) es de apenas 2 m/s, por supuesto incluyendo el ruido inducido por la actividad estelar de la estrella. Solo una parte de estos 2 m/s puede ser atribuida al ruido del instrumento. 

CARMENES se posiciona así como un espectrógrafo con la precisión de los que operan en el visible y  con las ventajas de los que operan en el infrarrojo... 

Esto suena realmente bien.

Además de CARMENES hay otros dispositivos que operarán en el infrarrojo con una precisión elevada, cercana a 1 m/s. Entre ellos, HPF,  SPIRou, IRD e iLocater. Comentamos los dos primeros por ser quizá los más interesantes.

El telescopio HET del observatorio McDonald tiene un espejo segmentado de 10 metros. Por desgracia, el HPF deberá compartir su tempo con otros instrumentos.
(Fuente: Wikipedia. Crédito EricandHolli)

El Habitable Zone Planet Finder (HPF), es decir, el llamado "Buscador de Planetas en la Zona Habitable" (un nombre así, como que impresiona) está actualmente en desarrollo. Será instalado en el telescopio de 10 metros Hobby-Eberly del Observatorio McDonald en Tejas y cubrirá una parte del espectro más reducida que CARMENES, operando en las bandas Y y J (0,8 hasta 1,3 µm).

SPIRou  será montado en el telescopio de 3,6 metros canadiense-francés CFHT en Mauna Kea en Hawai. Debería empezar a operar en 2018 y tendrá la novedad de ser un espectropolarímetro.  Este avanzado instrumento intentará modelizar la actividad estelar de forma precisa, pudiendo obtener mapas de la distribución de las manchas en la estrella.

Durante estos últimos años de transición no han faltado voces que han querido certificar la muerte de esta rama de la búsqueda de exoplanetas. Sin embargo, los resultados de HARPS nuevamente han vuelto a sorprender al Mundo con el fenomenal hallazgo de Proxima b, y esas voces ya saben que han errado en sus profecías. Lejos de declinar este área está resurgiendo con fuerza para permitirnos conocer cada vez mejor los exoplanetas de las estrellas más cercanas que, al menos para mí, son los más interesantes.

Durante muchos años espectrógrafo HARPS del telescopio de 3,6 metros del ESO en La Silla ha sido el caballo de batalla de la detección de exoplanetas por el método de la velocidad radial. (Fuente: ESO)

HARPS, ese legendario espectrógrafo que tantos planetas interesantes nos ha regalado, tardó algunos años en empezar a funcionar a pleno rendimiento y luego recolectar toda la información necesaria. Aunque HARPS vio su "primera luz" en 2003 no fue hasta 2007 que Udry publicó su supertierra Gliese-581 c, que entonces impresionó a todos por su posible habitabilidad. Los nuevos instrumentos también necesitarán su tiempo para poder sacarles todo el potencial que prometen. Sin embargo, aun sabiéndolo, no deja de ser excitante saber que CARMENES ya lleva casi un año de estudio de su muestra de 300 enanas rojas...

Estemos atentos, porque hay sorpresas esperando a ser descubiertas.

Un magnífico resumen de la situación actual de la técnica de la velocidad radial. Está escrito por algunos de los mayores expertos del mundo sobre el tema.

https://arxiv.org/abs/1602.07939

ESPRESSO
Un resumen del Francesco Pepe de este espectrógrafo de ciencia ficción heredero de HARPS.  El año que viene entrará en funcionamiento en el Cerro Paranal.
https://arxiv.org/abs/1401.5918

Un sugerente y reciente artículo de Lovis sobre las posibilidades de ESPRESSO acoplado a SPHERE para obtener imágenes nada menos que de Proxima b.
https://arxiv.org/abs/1609.03082

CARMENES
Un artículo en Investigación y Ciencia de uno de los componentes del equipo CARMENES (José Antonio Caballero)
http://www.investigacionyciencia.es/revistas/investigacion-y-ciencia/numero/476/carmenes-el-detector-de-exotierras-14146

El excitante análisis de Quirrenbach et al. de los resultados de los 6 primeros meses de funcionamiento de CARMENES.
https://carmenes.caha.es/ext/conferences/CARMENES_SPIE2016_Quirrenbach.pdf

Un resumen de CARMENES que realicé hace unos meses en este Blog.
http://exoplanetashabitables.blogspot.com.es/2016/05/carmenes-y-la-busqueda-de-vida-en-las.html

HPF

El Blog que Paul Robertson mantiene sobre el HPF es una interesante fuente de información.
http://hpf.psu.edu/author/pmr19/

Un reciente artículo de Gudmundur Stefansson del equipo del HPF. Para que el instrumento opere en el infrarrojo con la precisión requerida no solo necesita estar a temperaturas muy bajas, además necesita que el entorno se encuentre bajo una estabilidad térmica extrema, de milésimas de grado kelvin, algo nada fácil de lograr.
https://arxiv.org/abs/1610.06216

SPIRou
Un resumen del planteamiento de SPIRou. Tardará más en desarrollarse pero será un instrumento muy complejo, que analizará además la polarización de la luz recibida.
https://arxiv.org/abs/1510.01368

CSHELL
Resultados del estudio de la muestra de 32 estrellas analizadas con CSHELL. No ha detectado nada en Epsilon Eridani, pero parece que puede ser debido a la baja precisión del instrumento.
https://arxiv.org/abs/1603.05997
https://arxiv.org/abs/1603.05998