Debajo de un elegante edificio de oficinas con un techo de tejas rojas de estilo español en Pasadena, California, tres almacenes desgastados por el tiempo salvaguardan más de un siglo de astronomía. Bajando las escaleras ya la derecha hay un sótano maravilloso. Hay innumerables cajones y cajas de madera, apilados del piso al techo, con placas telescópicas, dibujos de manchas solares y otros registros. Un leve olor a amoniaco, que recuerda a una película antigua, llena el aire.

Protegiendo un almacén hay una puerta negra corta con un letrero que dice "Esta puerta debe mantenerse cerrada".

Los observatorios Carnegie alberga 250, 000 placas fotográficas tomadas en Mount Wilson, Observatorios Palomar y Las Campanas, que abarca más de 100 años. En su apogeo los telescopios Mount Wilson de 60 y 100 pulgadas; el más grande vio su primera luz el 1 de noviembre, 1917 — fueron los instrumentos más poderosos de su tipo. Cada uno cambió de manera indeleble la comprensión de la humanidad sobre nuestro lugar en el cosmos. Pero estas maravillas tecnológicas se adelantaron a su tiempo; en un caso, capturando señales de mundos distantes que no serían reconocidos durante un siglo.

Mount Wilson es el sitio donde se hicieron algunos de los descubrimientos clave sobre nuestra galaxia y el universo a principios del siglo XX. Aquí es donde Edwin Hubble se dio cuenta de que la Vía Láctea no puede ser la extensión de nuestro universo, porque Andrómeda (o M31) está más lejos que los confines más distantes de nuestra galaxia. La placa fotográfica del telescopio Hooker de 100 pulgadas de 1923, que capturó esta monumental realización, explota como un gran cartel fuera de los almacenes de Carnegie.

Hubble y Milton Humason, cuya carrera en Mount Wilson comenzó como conserje, trabajaron juntos para explorar la naturaleza en expansión del universo. Usando los legendarios telescopios, así como datos del Observatorio Lowell en Flagstaff, Arizona, reconocieron que los cúmulos de galaxias se alejan unos de otros y que las galaxias más distantes se alejan unas de otras a mayor velocidad.

Pero hay una mucho menos conocida, Descubrimiento de 100 años en Mount Wilson, uno que no fue identificado y no apreciado hasta hace poco. En realidad es:la primera evidencia de exoplanetas.

Una historia de detectives

Comenzó con Ben Zuckerman, profesor emérito de astronomía en la Universidad de California, Los Angeles. Estaba preparando una charla sobre la composición de planetas y cuerpos rocosos más pequeños fuera de nuestro sistema solar para un simposio de julio de 2014 por invitación de Jay Farihi. a quien había ayudado a supervisar cuando Farihi era un estudiante de posgrado en UCLA. Farihi había sugerido que Zuckerman hablara sobre la contaminación de las enanas blancas, que son débiles, estrellas muertas compuestas principalmente de hidrógeno y helio. Por "contaminación, "Los astrónomos se refieren a elementos pesados ​​que invaden las fotosferas, las atmósferas externas, de estas estrellas. todos esos elementos adicionales no deberían estar allí:la fuerte gravedad de la enana blanca debería empujar los elementos hacia el interior de la estrella, y fuera de la vista.

La primera enana blanca contaminada identificada se llama Estrella de van Maanen (o "van Maanen 2" en la literatura científica), en honor a su descubridor Adriaan van Maanen. Van Maanen encontró este objeto en 1917 al detectar su movimiento sutil en relación con otras estrellas entre 1914 y 1917. El astrónomo Walter Sydney Adams, quien luego se convertiría en director de Mount Wilson, capturó el espectro (una huella química) de la estrella de van Maanen en una pequeña placa de vidrio utilizando el telescopio de 60 pulgadas de Mount Wilson. Adams interpretó que el espectro era de una estrella de tipo F, presumiblemente basado en la presencia y fuerza del calcio y otras características de absorción de elementos pesados, con una temperatura algo superior a la de nuestro Sol. En 1919, van Maanen lo llamó una "estrella muy débil".

Hoy dia, sabemos que la estrella de van Maanen, que está a unos 14 años luz de distancia, es la enana blanca más cercana a la Tierra que no forma parte de un sistema binario.

"Esta estrella es un icono, "Farihi dijo recientemente." Es el primero de su tipo. Es realmente el prototipo ".

Mientras preparaba su charla, Zuckerman tuvo lo que luego llamó un "verdadero momento 'eureka'". Estrella de Van Maanen, sin el conocimiento de los astrónomos que lo estudiaron en 1917 y de quienes lo pensaron durante décadas, debe ser la primera evidencia observacional de que existen exoplanetas.

¿Qué tiene esto que ver con los exoplanetas?

Los elementos pesados ​​en la capa más externa de la estrella no podrían haberse producido dentro de la estrella, porque se hundirían inmediatamente debido al intenso campo gravitacional de la enana blanca. A medida que se descubrieron más enanas blancas con elementos pesados ​​en sus fotosferas en el siglo XX, Los científicos llegaron a creer que los materiales exóticos debían provenir del medio interestelar; en otras palabras, elementos flotando en el espacio entre las estrellas.

Pero en 1987, más de 70 años después del espectro de Mount Wilson de la estrella de van Maanen, Zuckerman y su colega Eric Becklin informaron un exceso de luz infrarroja alrededor de una enana blanca, que pensaron que podría provenir de una débil "estrella fallida" llamada enana marrón. Esto era, en 1990, interpretado como un caliente, disco polvoriento que orbita alrededor de una enana blanca. A principios de la década de 2000, había surgido una nueva teoría de las enanas blancas contaminadas:los exoplanetas podían empujar pequeños cuerpos rocosos hacia la estrella, cuya poderosa gravedad los convertiría en polvo. Ese polvo que contiene elementos pesados ​​del cuerpo destrozado, luego caería sobre la estrella.

"La conclusión es:si eres un asteroide o un cometa, no puedes simplemente cambiar tu dirección. Necesitas algo que te mueva "Dijo Farihi." De lejos, los mejores candidatos son los planetas para hacer eso ".

El telescopio espacial Spitzer de la NASA ha sido fundamental para expandir el campo de enanas blancas contaminadas orbitadas por discos polvorientos. Desde su lanzamiento en 2004, Spitzer ha confirmado alrededor de 40 de estas estrellas especiales. Otro telescopio espacial, Explorador de estudios infrarrojos de campo amplio de la NASA, también detectó un puñado, elevando el total a unas cuatro docenas conocidas en la actualidad. Debido a que estos objetos son tan débiles, la luz infrarroja es crucial para identificarlos.

"No podemos medir la cantidad exacta de luz infrarroja que proviene de estos objetos usando telescopios en el suelo, "Dijo Farihi." Spitzer, específicamente, acaba de abrir de par en par ".

Apoyando la nueva teoría del "disco polvoriento" de las enanas blancas tiradas, en 2007, Zuckerman y sus colegas publicaron observaciones de una atmósfera enana blanca con 17 elementos, materiales similares a los que se encuentran en el sistema Tierra-Luna. (El difunto profesor de UCLA Michael Jura, que hicieron contribuciones cruciales al estudio de las enanas blancas contaminadas, era parte de este equipo). Esta fue una prueba más de que al menos una pequeña, Un cuerpo rocoso, o incluso un planeta, había sido destrozado por la gravedad de una enana blanca. Los científicos ahora generalmente están de acuerdo en que una sola estrella enana blanca con elementos pesados ​​en su espectro probablemente tenga al menos un cinturón de escombros rocosos (los restos de cuerpos que chocaron violentamente y nunca formaron planetas) y probablemente al menos un planeta importante.

Entonces, los elementos pesados ​​que estaban flotando en el medio interestelar no pudieron explicar las observaciones. "Aproximadamente 90 años después del descubrimiento de van Maanen, los astrónomos dijeron, 'Whoa, este modelo de acreción interestelar no puede ser correcto, '", Dijo Zuckerman.

Persiguiendo el espectro

Inspirado por Zuckerman, Farihi se enamoró de la idea de que alguien había tomado un espectro con la primera evidencia de exoplanetas en 1917, y que debe existir un registro de esa observación. "Metí mis dientes en la pregunta y no la soltaba, " él dijo.

Farihi se acercó a los Observatorios Carnegie, que posee los telescopios Mount Wilson y protege sus archivos. El director de Carnegie, John Mulchaey, puso al voluntario Dan Kohne en el caso. Kohne buscó en los archivos y, dos días después, Mulchaey le envió a Farihi una imagen del espectro.

"No puedo decir que me sorprendió, francamente, pero me voló agradablemente fuera de mi asiento al ver que la firma estaba allí, y se podía ver incluso con el ojo humano, "Dijo Farihi.

El espectro de la estrella de van Maanen que Farihi había solicitado ahora se encuentra en una pequeña funda de archivo, etiquetado con la fecha manuscrita "24 de octubre de 1917" y una moderna nota adhesiva amarilla:"posiblemente el primer registro de un exoplaneta".

Cynthia Hunt, un astrónomo que se desempeña como presidente del comité de historia de Carnegie, sacó la placa de vidrio del sobre y la colocó en un visor que la encendió. El espectro en sí es de aproximadamente 1/6 de pulgada, o un poco más de 0,4 centímetros.

Aunque el plato parece poco llamativo a primera vista, Farihi vio dos "colmillos" obvios que representaban caídas en el espectro. A él, Esta fue la prueba irrefutable:dos líneas de absorción del mismo ion de calcio, lo que significa que había elementos pesados ​​en la fotosfera de la enana blanca, lo que indica que probablemente tiene al menos un exoplaneta. Escribió sobre ello en 2016 en New Astronomy Reviews.

Exoplanetas y discos de escombros

Los científicos han pensado durante mucho tiempo que la gravedad de los planetas gigantes podría mantener los cinturones de escombros en su lugar, especialmente en sistemas planetarios jóvenes. Un estudio reciente en el Diario astrofísico mostró que las estrellas jóvenes con discos de polvo y escombros tienen más probabilidades de tener planetas gigantes orbitando a gran distancia de su estrella madre que aquellas sin discos.

Una enana blanca no es una estrella joven, al contrario, se forma cuando una estrella de masa baja a media ya ha quemado todo el combustible en su interior. Pero el principio es el mismo:la atracción gravitacional de exoplanetas gigantes podría arrojar pequeños, cuerpos rocosos en las enanas blancas.

Nuestro propio Sol se convertirá en una gigante roja en unos 5 mil millones de años, expandiéndose tanto que incluso puede tragarse la Tierra antes de que se desprenda de sus capas externas y se convierta en una enana blanca. En ese punto, La gran influencia gravitacional de Júpiter puede ser más perjudicial para el cinturón de asteroides, arrojando objetos hacia nuestro Sol mucho más tenue. Este tipo de escenario podría explicar los elementos pesados ​​en la estrella de van Maanen.

Las observaciones de Spitzer de la estrella de van Maanen no han encontrado ningún planeta allí hasta ahora. De hecho, hasta la fecha, no se han confirmado exoplanetas orbitando enanas blancas, aunque uno tiene un objeto que se cree que es un planeta masivo. Otra evidencia convincente ha surgido solo en los últimos años. Usando el Observatorio W. M. Keck en Hawái, científicos, incluido Zuckerman, anunció recientemente que habían encontrado evidencia de un objeto similar al cinturón de Kuiper que había sido devorado por una enana blanca.

Los científicos todavía están explorando las enanas blancas contaminadas y buscando los exoplanetas que pueden albergar. Aproximadamente el 30 por ciento de todas las enanas blancas que conocemos están contaminadas, pero sus discos de escombros son más difíciles de detectar. Jura adelantó que con muchos asteroides entrando y chocando con escombros, el polvo puede convertirse en gas, que no tendría la misma señal infrarroja altamente detectable que el polvo.

Farihi estaba encantado con el resultado de su trabajo de detective de archivos en Mount Wilson. En 2016, describió el hallazgo histórico en el contexto de un artículo de revisión sobre enanas blancas contaminadas, argumentando que las enanas blancas son "objetivos convincentes para la investigación del sistema exoplanetario".

Quién sabe qué otros tesoros pasados ​​por alto esperan ser descubiertos en los archivos de los grandes observatorios:los registros de observación del cielo de un cosmos rico en sutilezas. Seguramente, otras pistas las encontrarán aquellos motivados por la curiosidad que hagan las preguntas correctas.

"Es la interacción personal con los datos lo que realmente puede impulsarnos a invertir en las preguntas que nos hacemos, "Dijo Farihi.