¿Los agujeros gravitatorios albergan asesinos planetarios?

Newscientist / Ciencia Kanija
20/02/09

Son lugares que la gravedad olvidó. Vastas regiones del espacio, de millones de kilómetros de diámetro, en los que las fuerzas celestiales conspiran para cancelar la gravedad y atrapar cualquier cosa que caiga en ellos. Se sitúan en la órbita de la Tierra, uno por delante y otro por detrás de nuestro planeta. Los astrónomos los llaman puntos de Lagrange, o L4 y L5 para abreviar. La mejor forma de pensar en ellos, no obstante, es como en un papel atrapamoscas celestial.

En los 4500 millones de años desde la formación del Sistema Solar, todo, desde nubes de polvo a asteroides y planetas ocultos pueden haberse acumulado ahí. Algunos incluso han especulado que una nave alienígena está observándonos desde los puntos lagrangianos, buscando signos de inteligencia.

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Dejando de lado de momento a los hombrecillos verdes, incluso la presencia de simples rocas viejas espaciales sería suficiente para hacer feliz a la mayor parte de la gente. “Creo que ciertamente se podría encontrar toda una población de objetos en L4 y L5″, dice el astrofísico Richard Gott de la Universidad de Princeton.

Tras casi un siglo de especulación, estamos al borde de descubrir lo que ocultan de una vez por todas. A finales de este año, dos sondas que pasarán su vida estudiando el Sol comenzarán su lento viaje a través de L4 y L5.

Los científicos espaciales planean usar los instrumentos a bordo de las sondas STEREO A y B de la NASA para buscar objetos celestes anclados en los puntos lagrangianos. Lo que encuentren podrían mejorar nuestra visión de cómo se formó el sistema Solar, decirnos más sobre el colosal impacto que formó la Luna, y advertirnos sobre si es posible una nueva gran colisión.

Los puntos lagrangianos se descubrieron por primera vez en 1772 por el matemático Joseph-Louis Lagrange. Calculó que el campo gravitatorio de la Tierra neutraliza el tirón del Sol en cinco regiones del espacio, haciéndolas los únicos lugares cerca de nuestro planeta donde un objeto realmente no tiene peso.

De los cinco puntos lagrangianos, L4 y L5 son los más intrigantes. Son los únicos que son estables: mientras que un satélite aparcado en L1 o L2 finalmente vagará tras unos pocos meses a menos que vuelva a ser puesto en su sitio, cualquier objeto en L4 o L5 permanecerá en su sitio debido a una compleja red de fuerzas. A 150 millones de kilómetros de distancia a lo largo de la órbita de la Tierra, L4 orbita al Sol a 60 grados por delante de nuestro planeta mientras que L5 está en el mismo ángulo por detrás.

Existen pruebas de tales agujeros gravitatorios alrededor de otros planetas también. En 1906, Max Wolf descubrió un asteroide fuera del cinturón entre Marte y Júpiter, y se dio cuenta de que estaba en el punto L4 de Júpiter. Wolf lo llamó Aquiles, y empezó la tradición de nombrar a estos asteroides con nombres de personajes de las guerras de Troya.

Al darse cuenta de que Aquiles estaba atrapado en su posición y forzado a orbitar con Júpiter, nunca acercándose o alejándose más, dio inicio a un chaparrón de búsquedas telescópicas en busca de más ejemplos. Ahora hay más de 1000 asteroides que se sabe que residen en los puntos L4 y L5 de Júpiter.

Las búsquedas de “asteroides Troyanos” alrededor de otros planetas se han encontrado con resultados dispares. Saturno aparentemente no tiene ninguno, y sólo en la última década se han encontrado troyanos de Neptuno. Naturalmente, los astrónomos a menudo se han preguntado si hay asteroides en los puntos L4 y L5 en la Tierra.

Zonas de sobrevuelo

El problema es que nuestros puntos L4 y L5 no son fáciles de ver desde el terreno. Parecen estar cerca del Sol, por lo que a la caída de la noche, la región de L5 está baja en el cielo y se pone pronto. En la otra parte del cielo, el punto L4 sale de la oscuridad al amanecer pero también desaparece pronto.

Esto no evitó que Paul Weigert de la Universidad de Ontario Occidental en Canadá y sus colegas llevaran a cabo una serie de búsquedas en la década de 1990 con el telescopio de Candá-Francia-Hawai en Mauna Kea, Hawai. Fue un trabajo duro debido a que L4 y L5 aparecen en el cielo más amplios que la luna llena, por lo que fueron necesarias un gran número de observaciones para buscar a través de ellos. Finalmente, Weigert y sus colegas se quedaron con las manos vacías dado que su búsqueda no fue lo bastante detallada.

Más recientemente, las búsquedas automáticas de asteroides, tales como el proyecto de Investigación de Asteroides Cercanos a la Tierra Lincoln, han comenzado a moverse lentamente hacia los puntos lagrangianos en sus barridos robóticos nocturnos del cielo, pero en esta etapa ningún asteroide lagrangiano ha sido identificado. “El campo ha languidecido debido a que todos estamos esperando que alguien vea algo”, dice Weigert.

La nave STEREO de la NASA podría cambiarlo todo – incluso aunque nunca estuvo diseñada para buscar asteroides. Lanzada en 2006, una de las sondas gemelas STEREO se colocó por delante de la Tierra, la otra detrás. Siguiendo la órbita de la Tierra, STEREO A gradualmente superará a la Tierra mientras su nave hermana, STEREO B, irá hacia atrás. Desde estos dos puestos avanzados, la nave monitorizará la región del espacio directamente entre la Tierra y el Sol, buscando tormentas solares que puedan causar estragos en los equipos eléctricos de los satélites y en la Tierra.

L4 y L5 son puntos particularmente ventajosos desde los cuales advertir a la Tierra de tormentas solares que lleguen. “Hablamos en una etapa sobre detener la nave STEREO cuando lleguen allí, debido a que logras dos o tres días de ventaja en el aviso de una tormenta que se aproxime”, dice Michael Kaiser del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y científicos del proyecto STEREO.

Finalmente el equipo de STEREO descubrió que se necesitaría demasiado combustible para detener la nave en L4 y L5. Por lo que decidieron un lento sobrevuelo, dado que aún están viajando demasiado rápido para quedar fijadas. “Estas son grandes regiones del espacio”, dice Kaiser, “Llevará meses a STEREO viajar a través de ellas”.

Aquí es cuando Richard Harrison del Laboratorio Rutherford Appleton en Oxfordshire, Reino Unido, y miembro del equipo de STEREO se dio cuenta de que las cámaras de las sondas podrían tener otro uso. Comenzó a investigar las posibilidades y se dio cuenta de que un par de instrumentos conocidos como fotografiadores heliosféricos podrían usarse para buscar asteroides. “No estaban diseñados para hacer este trabajo”, dice Harrison, que es el investigador principal de las cámaras. “Es un bonus añadido”,

Incluso así, los cazadores de asteroides se enfrentan a una laboriosa tarea debido a que un asteroide lagrangiano aparecerá como poco más que un punto moviéndose contra un fondo de miles de estrellas. Por suerte, hay una gran cantidad de voluntarios que barren las imágenes de STEREO a través de Internet buscando señales de asteroides cercanos a la Tierra.

Además de estos esfuerzos, Harrison espera encontrar algo de mano de obra profesional para los cruces por L4 y L5. “Las cercanas investigaciones de L4 y L5 son completamente nuevas. Esto hace que sea algo que deberíamos estar dirigiendo”, comenta. En estos momentos de recorte de gastos, no obstante, esto podría ser más fácil decirlo que hacerlo.

Si los investigadores encuentran un asteroide en su búsqueda, habrá merecido la pena el esfuerzo. “¿No sería espectacular si realmente pasáramos cerca de un asteroide? Verlo acercarse sigilosamente a la visión de la cámara”, dice Harrison.

Serán capaces de observarlo y decirnos cómo rota a partir de la variación de la luz que refleja desde el Sol. “Seremos capaces de medir la distribución de cualquier asteroide y polvo de los puntos lagrangianos”, dice Harrison.

Armados con dicha información, podemos ser capaces de responder a uno de los más desconcertantes misterios del Sistema Solar: por qué la Tierra tiene una luna tan grande.

La mayor parte de los astrónomos creen que la Luna se formó a partir de los restos generados cuando un objeto del tamaño de Marte impactó con la Tierra hace aproximadamente 4000 millones de años. Su problema está en la comprensión de dónde procedía este objeto.

Los modelos por ordenador muestran que los objetos que se acercan de cualquier punto del Sistema Solar tenderían a impactar con la Tierra con demasiada energía. En lugar de crear la Luna, destrozarían la Tierra. Por lo que el impactador debió de haberse generado cerca, según la teoría, donde no pudo acelerarse demasiado antes de impactar.

Restos planetarios

Otra pista es que la Luna contiene la misma abundancia de isótopos de oxígeno que la Tierra, apuntando a que sea lo que sea que nos impactó debía tener también la misma abundancia de isótopos. Cuando los astrónomos miraron en el Sistema Solar, a Marte por ejemplo, la abundancia de isótopos era distinta. Por lo que esto, también, apunta a que el impactador se formó cerca. ¿Pero dónde?

Lo que desconcierta es cómo un objeto pudo crecer tan cerca de la Tierra y alcanzar el tamaño de Marte antes de que tuviese lugar la colisión. Sus gravedades mutuas los habrían unido mucho antes. A menos, dice Gott, que se formara en un punto lagrangiano. “Un objeto podría colocarse en uno de estos puntos estables y crecer”, dice.

Una vez que se hizo lo bastante grande, las interacciones gravitatorias con otros objetos, como Venus, podrían haberlo sacado del punto lagrangiano hacia un curso de colisión con la Tierra.

“Tendría los mismos isótopos de oxígeno que la Tierra, debido a que se formó en la misma región del Sistema Solar”, dice Gott. Además, estando básicamente en la misma órbita de la Tierra, los dos planetas no estarían viajando a velocidades muy distitnas cuando colisionaron (New Scientist, 14 August 2004, p 26).

Gott cree que cualquier objeto que aún permanezca en L4 y L5 pueden ser restos de la formación del cuerpo de impacto. “Digamos que encuentras un número de objetos allí. En ese caso serían perfectos objetivos para una misión de retorno de muestras para ver si tienen la misma abundancia de isótopos de oxígeno que en la Tierra”, dice Gott. Si lo hacen, Gott cree que reforzaría el caso de que el impactador de la Tierra se formó allí.

En la preparación para la llegada de la nave a L4 y L5, Harrison está debatiendo con sus colegas la mejor forma de maniobrar las sondas para una visión óptima. A pesar de lo extraño que suena, las naves gemelas no ven dónde están yendo. En lugar de esto vuelan de espaldas, con vatios de sus ojos electrónicos apuntando a nuestro planeta, en la búsqueda de tormentas solares. Para una mejor visión de los puntos lagrangianos, la nave tendría que ser vuelta del revés, de tal forma que las cámaras heliosféricas apunten hacia delante mientras que los otros instrumentos queden de espaldas al Sol.

El viaje a través de L4 y L5 está potencialmente lleno de peligros. Se cree que hay nubes de polvo atrapadas en estos puntos lagrangianos, y su el equipo de STEREO no tiene suerte, una colisión con una partícula de polvo mal colocada podría ser devastador. “Si una golpea dentro de la cámara, todo habrá acabado”, dice Chris Davis, parte del equipo de cámara heliosférica del Laboratorio Rutherford Appleton.

El riesgo puede reducirse volteando las cámaras hacia la Tierra cuando la nave pase a través de los puntos más peligrosos. El resto del equipo de STEREO confía en que sobrevivirán: desde su lanzamiento, la nave ha recibido impactos de polvo que se sitúa en la órbita de la Tierra. “Estos varían mucho, desde unos pocos, a unos miles por día”, dice Chris St Cyr del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, quien encabeza la investigación para entender estos eventos de polvo.

Nadie sabe cuántos asteroides verán las sondas STEREO. Weigert y sus colegas han realizado un número de simulaciones por ordenador que demuestran cómo podrían ser expulsados los asteroides del punto lagrangiano debido a la gravedad de Venus; puede suceder en una escala temporal de un millón de años aproximadamente. No obstante, la misma simulación demostró que esto funciona en ambos sentidos, con los asteroides siendo empujados a los puntos lagrangianos también por la gravedad de Venus. Estos resultados, y el fallo de los telescopios al encontrar asteroides lagrangianos hasta la fecha, han hecho que Weigert sea cauteloso en el número y tamaño de los asteroides que espera que encuentre STEREO. “Creo que debe haber unos pocos asteroides, pero no cientos, y pienso que tienen menos de un kilómetro de diámetro. En el cinturón de asteroides principal, un asteroide normal tiene 100 kilómetros de diámetro”.

Tales dudas no preocupan a Harrison. “Algunos creen que veremos algo, otros que no”, dice. “Pero si dejamos pasar esta oportunidad sin siquiera mirar, nos arrepentiremos”.

¿Podría estar otro planeta acosando a la Tierra?

La mayor parte de los astrónomos aceptan que la Luna se formó cuando un planeta del tamaño de Marte impactó con la Tierra durante su infancia. Algunos investigadores sugieren que este planeta kamikaze se formó en el punto lagrangiano L4 o L5 donde la gravedad de la Tierra se cancela con la del Sol. Entonces, ¿podría haber una amenaza acechando allí actualmente?

“Absolutamente no”, dice Paul Weigert de la Universidad de Ontario Occidental en Canadá. No hay suficientes partículas de polvo o guijarros en el Sistema Solar.

Fue una historia diferente hace 4500 millones de años cuando el Sistema Solar estaba inmerso en su nube natal. Los planetas se formaron a partir de esta mezcla de polvo y gases, y L4 y L5 habrían sido lugares importantes para que se acumulase la materia en grandes cuerpos. “Actualmente, simplemente no hay suficiente material para que se forme nada grande allí”, dice Weigert.

OK, entonces no hay nada del tamaño de un planeta. Pero Richard Gott de la Universidad de Princeton reconoce que aún pueden quedar asteroides amenazadores. “Si vemos algo grande allí, sería como una bomba de relojería”, dice Gott. Esto es debido a que los tirones gravitatorios de otros planetas, particularmente Venus, podría tirar del asteroide lo suficiente para sacarlo del punto lagrangiano. Una vez fuera de esta trampa, fácilmente podría entrar en un curso de colisión con la Tierra.

“Si vemos allí un gran asteroide, podría valer la pena abordarlo de forma preventiva”, dice Gott, “y con esto quiero decir hacerlo pedazos”.