Subneptunos: los mundos más comunes… ¿y los más habitables?

5:41 un poquito ya, por decirlo así, no tan flexible, e intentar poneros hacia adelante para que podáis escucharlo, ¿no? Si consideráis que... a mí me oís porque yo procuro quizás hablar un poco alto. Rafa me dice que él también, con lo cual, si estamos todos en condiciones normales, podremos podremos escucharnos.

6:03 Bien, en primer lugar, agradeceros vuestra presencia aquí. Ofrecemos aire acondicionado, pero hay que venir hasta aquí desde vuestras casas, lo cual siempre es una, en fin, es para felicitaros de que estéis aquí, ¿no?

6:18 Hoy tenemos con nosotros a Rafael Luque. Rafael Luque actualmente está contratado en el Instituto bajo un contrato Ramón y Cajal. Como sabéis, el contrato Ramón y Cajal es de los contratos más prestigiosos que se dan dentro de lo que es el el ministerio de investigación español, ¿no? Es además una entrada ya, es un contrato que implica, por un lado, un compromiso de permanencia, de que va a haber una plaza, por lo menos, con el nombre del proyecto con el que él se presentó a la Ramón y Cajal, que saldrá con ese nombre de la plaza. Se podrán presentar otra gente, pero evidentemente la persona que ha presentado el proyecto va a tener más ventaja porque es él el que está llevando esa línea de investigación. Y de eso nos estamos bastante orgullosos.

7:17 Llevo tres o cuatro últimas sesiones diciendo que estamos muy contentos porque presentamos aquí a gente joven que tienen un excelente currículum y que, por lo tanto, consideramos que la astronomía en España, y la astronomía dentro de este Instituto, tiene futuro. Es decir, es algo que los que ya nos estamos yendo de aquí, nos sentimos bastante contentos y orgullosos de que este trabajo de los últimos cincuenta años que cumple el Instituto no se quede en saco roto o no se quede en una bonita historia.

7:53 Y uno de los ejemplos que tenemos aquí y más representativo, digo más representativo no porque los demás que hayan estado jóvenes no tengan la misma calidad que puede tener Rafa Luque, sino porque, como ahora contaré, Rafa ha sido galardonado con un premio de altísima calidad, como es el premio Princesa de Girona a la investigación en ciencia. Los Princesa de Girona son los mismos que los Princesa de Asturias, pero los Princesa de Asturias son de cualquier edad, los que lo dan en ciencia, y los Princesa de Girona son para investigadores jóvenes. Como ya digo, Rafa ha sido galardonado con esto hace muy poco, un mes, un mes y medio, que se le ha comunicado la concesión de ese premio, y la entrega del premio será en un acto que tendrá lugar en Barcelona dentro de poco.

8:45 Quiero decir con esto que las calidades de esta gente que hemos tenido aquí en los últimos tiempos, estos jóvenes de esta misma edad, son similares. Son gente que están haciendo su trabajo. Y los premios, como ya sabéis, todos los premios son injustos. Siempre hay gente que en un premio se quedan con la cara de decir, bueno... Efectivamente, el jurado de un premio siempre tiene que cometer una injusticia. ¿Por qué? Porque es difícil que no haya tres o cuatro personas que merezcan más o menos o que tengan los mismos méritos que las personas que se presentan, ¿no? Es una maravillosa injusticia. Es decir, es algo que efectivamente existe. Siempre hay que tener suerte en la vida, y si uno pues la tiene, ha hecho su trabajo bien y se lo han dado, pues no más que un aplauso, ¿no?

9:30 Él ha tenido una trayectoria... Es un andaluz, es de Priego de Córdoba. Estudió aquí en la UGR. Realizó su tesis doctoral posteriormente en el Instituto de Astrofísica de Canarias, con un equipo que hay muy importante de búsqueda también de exoplanetas. ¿Hiciste allí? Enric Pallé es uno de sus directores y es, digamos, el jefe del grupo. Y posteriormente se vino aquí a hacer su primera estancia posdoctoral, que, si no recuerdo, fue de 2021 a 2022. Y en ese año aproximadamente que estuvo aquí trabajando, publicó ya un artículo que, por decirlo de alguna manera, abrió el camino a esa carrera tan exitosa que está teniendo Rafael Luque ahora mismo, que fue con el descubrimiento de un conjunto de planetas, de un conjunto de exoplanetas, planetas de otros sistemas solares, con unas características muy especiales, que es de lo que nos va a hablar hoy, los subneptunos.

10:33 Posteriormente se fue a la Universidad de Chicago, en Illinois, estuvo allí trabajando cuatro años, y se vino para acá con esta Ramón y Cajal.

10:45 Aspecto interesante también: él ha conseguido un proyecto de investigación que se llama, porque se lo da Europa, se lo da el European Research Council, y que es el primero para la gente joven, se llama un Starting Grant. Y es un proyecto de una altísima competición.

11:02 Las becas con las que Rafa ha entrado tanto en Canarias, prosiguió después en Canarias o ha estado en la Universidad de Chicago, son becas de una altísima competición, es decir, no son becas que se den así por las buenas. Hay que competir con muchísima gente de una gran valía intelectual y con una gran cantidad de trabajo. Es decir, que tiene una carrera exitosa porque se la ha trabajado, y si tiene el premio es porque se lo ha trabajado.

11:28 Y entonces hoy tenemos la suerte de tenerlo con nosotros y contarnos algo sobre estos planetas donde él descubrió tantos y que han dado lugar a una categoría de exoplanetas que hoy en día forma parte del futuro de la investigación en este campo. Gracias.

11:51 Bueno, gracias a todos por venir. Espero que me podáis escuchar bien.

11:57 Muchas gracias, Emilio, por la presentación tan grandilocuente. Me hace mucha ilusión estar aquí porque, cuando era un estudiante en la Universidad de Granada, yo venía a estos ciclos de charlas Lucas Lara hace ya quince años. Y ahora poder formar parte de ella, que es la primera vez que doy una charla de este ciclo tan histórico y tan bonito, pues me hace mucha ilusión estar aquí.

12:22 Os voy a hablar hoy de los subneptunos. Los subneptunos son un tipo de planeta del que vamos a hablar más y vamos a aprender de estos mundos que son tan comunes y también ver si también son habitables.

12:36 Pero bueno, esta es una charla de divulgación para que conozcan el tema en el campo en el que trabajo aquí en el instituto, y me gusta haceros un poco una visión histórica del campo.

12:51 Aquí tenemos una animación en la que vamos a ver, es una imagen del cielo nocturno, en el que en la parte de arriba vamos a ver el año cómo va cambiando y aquí van a salir el número de planetas que se han ido descubriendo con los años. Tenemos puntos que van a ir apareciendo por el cielo con diferentes colores, y los colores representan la técnica que se ha utilizado para detectar ese planeta en particular.

13:18 Como veis, al principio, en la década desde el 95 hasta el 2005, la mayor parte de los puntos son rojos, están por todo el cielo distribuyéndose. Y a medida que van pasando los años, sobre todo a partir del año 2010, 2011, empieza a haber aquí una masa de descubrimientos, que llegan a ser más de 1000 en el año 2014, 2015, en una zona muy concreta del cielo que se hicieron gracias a la misión Kepler.

13:47 También tenemos otros planetas de otro color detectados con una técnica diferente en el centro o hacia el centro de la galaxia.

13:55 Y en el año 2022 se alcanzó la cifra de 5000 descubrimientos de exoplanetas, planetas fuera del sistema solar. Y esta es una animación hecha por NASA que se presentó en el 2022, y el año pasado se llegó a los 6000 descubrimientos en el mes de noviembre.

14:15 ¿Qué es lo que hemos aprendido con estos más de 6000 descubrimientos? Pues principalmente que la diversidad de exoplanetas que hemos descubierto escapa a nuestra imaginación.

14:25 Aquí os voy a poner un diagrama, va a haber diferentes diagramas durante la charla, pero voy a intentar explicarlos todos lo mejor posible. Aquí tenemos un diagrama en el que la masa de un planeta está colocada en este eje vertical, y estamos en unidades de planeta Tierra, este símbolo es el símbolo de la Tierra.

14:46 Y aquí tenemos el periodo orbital de un planeta. El periodo orbital es simplemente el tiempo que tarda un planeta en dar una vuelta completa alrededor de su estrella.

14:55 Y he puesto aquí una estrella representando a los planetas del sistema solar en este diagrama. Entonces tenemos aquí 10 elevado a 0, que es igual a 1. La Tierra tiene una masa terrestre y tiene un periodo orbital de 365 días.

15:09 Y el resto de planetas del sistema solar están en este diagrama. Tenemos los planetas rocosos, el sistema solar interno, y el sistema solar externo, los gigantes gaseosos: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

15:21 En este mismo diagrama os voy a poner los 6000 descubrimientos de exoplanetas que se han hecho en los últimos 30 años. Y como veis, excepto los planetas que son parecidos a Júpiter, la mayor parte de los descubrimientos que se han hecho a día de hoy no son similares a los planetas del sistema solar.

15:43 Eso no quiere decir que los planetas del sistema solar sean raros o no sean comunes. Significa que las técnicas que nosotros utilizamos para detectar planetas no nos han permitido descubrir planetas como los del sistema solar, excepto aquellos similares a Júpiter o Saturno.

16:02 Pero sí hemos podido aprender mucho sobre estos planetas. Aquí están, igual que en la primera animación que os puse, coloreados con la técnica que se ha utilizado para descubrirlo. Y veis que hay como dos grandes familias. Hay una gran familia de puntos azules, que están aproximadamente a una órbita que son menores de un año, es decir, planetas que tardan un año o menos en dar vuelta a su estrella. Aquí hay diferentes tipos de estrellas mezclados en este diagrama, no son estrellas solamente como el Sol.

16:34 Y luego hay otra gran familia, que son estos puntos naranjas detectados con otra técnica, que están a todas las distancias, pero principalmente parece que hay como una línea así diagonal que los separa.

16:47 Lo que vemos es que hay como tres grandes familias de planetas que se han descubierto hasta el día de hoy. Hay una familia de planetas que tienen una masa similar a Júpiter, es decir, están a la misma altura en este diagrama, pero que están en órbitas muy cortas. Esto es un día. Hay planetas tan grandes como Júpiter que dan una vuelta alrededor de su estrella en un día. Un año dura un día en esos planetas.

17:12 Esto es lo que llamamos júpiters calientes. Son planetas del tamaño y de la masa de Júpiter, pero que están muy, muy, muy cerca de su estrella y por eso tienen temperaturas de miles de grados.

17:23 Luego tenemos otra familia de Júpiter como el nuestro, lo que se llaman los gigantes fríos, los gigantes gaseosos fríos, «cold Jupiters», y aquí tenemos también una familia de descubrimientos, principalmente con una técnica, la técnica de las velocidades radiales.

17:37 ¿Por qué? Porque esta es la técnica más vieja. Entonces necesitamos años, varias décadas de datos, para poder hacer este tipo de descubrimientos. Nosotros no llegamos más lejos en este diagrama con estos tipos de descubrimientos porque llevamos solo desde el año 95 observando e intentando descubrir exoplanetas. Entonces estamos limitados a detectar planetas que tengan un periodo de al menos 30 años aproximadamente, un poquito más, un poquito menos.

18:07 Y luego hay una gran familia de planetas aquí que tienen una masa entre la Tierra y Neptuno, que son los más numerosos y que están tanto a órbitas parecidas a la de la Tierra como a órbitas muy cortas. Y estos son los planetas de los que puse en el título, que llamamos en general planetas de tipo subneptuno.

18:28 Pero hemos descubierto planetas tan poco masivos como Mercurio, hemos descubierto planetas que son 10 veces más masivos que Júpiter, planetas que están a decenas de años de distancia de su estrella. Hemos descubierto muchos tipos de planetas y hemos utilizado todo este tipo de técnicas, aunque las dos principales son los puntos azules y los puntos naranjas.

18:48 ¿Los puntos azules cómo se han detectado? Con una técnica que se llama del tránsito. Y un tránsito no es más que intentar detectar eclipses más allá del sistema solar.

18:59 Ahora tenemos el eclipse del 12 de agosto de este año, que será visible en el norte de España, en el que la Luna se interpondrá entre la Tierra y el Sol y ocultará la luz del Sol durante unos minutos.

19:14 Con los exoplanetas hacemos lo mismo. Y esta técnica del tránsito consiste en encontrar una estrella que tenga un sistema planetario alrededor suyo que esté perfectamente alineado con nuestra línea de visión. Si está perfectamente alineado con nuestra línea de visión, los planetas, cuando pasen por delante de su estrella, taparán la luz que nos llegue de la estrella por un momento y luego, cuando el planeta ya no esté por delante de la superficie de la estrella, la luz de la estrella volverá a ser la que era.

19:47 Cuando esto ocurre de manera periódica, nosotros podemos descubrir que hay un planeta alrededor de esta estrella, cuál es el tamaño de ese planeta y cuánto dura un año, cuánto tarda en dar una vuelta. alrededor de ese planeta. Podemos medir esas tres cosas.

20:03 Tenemos una técnica complementaria en la que, en vez de tomar imágenes de la estrella con una cámara y medir el brillo de la estrella con el tiempo, podemos medir los espectros de una estrella con el tiempo. ¿Qué es lo que pasa? Que en un sistema planetario la mayor masa está concentrada en la estrella y un planeta gira alrededor de la estrella principalmente. Pero la misma gravedad, la misma masa del propio planeta mueve a la estrella ligeramente. Es un movimiento mucho más pequeño, pero sigue ejerciéndose una gravedad del uno al otro. Y el planeta no gira exactamente alrededor de la estrella, sino que gira ante un punto imaginario que se llama el centro de masas del sistema. Al no estar el centro de masas del sistema exactamente en el centro de la estrella, la estrella también orbita alrededor de este punto. ¿Qué es lo que pasa cuando tenemos una estrella que se está moviendo en una órbita desde nuestro punto de visión? Que si tomamos un espectro de la luz que procede de la estrella, podemos medir una cosa que se llama el efecto Doppler. El efecto Doppler es el mismo efecto que las ambulancias cuando pasan por la carretera: cuando se acercan a nosotros el sonido es muy agudo y cuando se alejan de nosotros el sonido se hace cada vez más grave. Cuando la estrella se acerca hacia nosotros, la luz se hace más aguda, se va hacia el azul. La luz es una onda, igual que la del sonido que nos viene de la ambulancia.

21:35 Entonces, cuando la estrella se acerca a nosotros, el espectro se comprime, se corre hacia el azul, y cuando se aleja de nosotros se desplaza hacia el rojo. Es lo que estáis viendo aquí representado. Si tenemos un espectrógrafo, un instrumento capaz de medir con mucha precisión los espectros de la estrella, y tomamos muchos espectros en el tiempo y vemos que la estrella se aleja y se acerca de nosotros desde nuestro punto de vista, podemos inferir que hay un planeta alrededor de ella, podemos inferir cuánto tiempo tarda en dar una vuelta el planeta alrededor de la estrella y podemos medir su masa. Antes, con la técnica anterior, medíamos el tamaño del planeta, y con esta técnica medimos su masa. Son técnicas complementarias y responsables de la mayor parte de descubrimientos que se han hecho.

22:22 ¿Pero qué hemos aprendido con más de 6000 descubrimientos en los últimos 30 años? Pues el resultado más importante del campo de los exoplanetas es, para mí, que el tipo de planeta más común en la Galaxia no existe en el sistema solar. Y esto es un resultado que tenemos gracias a la misión Kepler de la NASA, que se lanzó en el 2008 y cuyos principales descubrimientos los dio al principio de la década de los 2010.

22:50 Y este es el diagrama más importante que se ha hecho en el campo de los exoplanetas. Aquí lo que estamos viendo es el número de descubrimientos de planetas que se han hecho con la misión Kepler, con este telescopio espacial que utiliza la técnica del tránsito. Es decir, estamos midiendo el tamaño de los planetas, «planetary radius», el radio de un planeta. Y hemos descubierto planetas desde el tamaño de la Tierra hasta el de Júpiter, en este eje de aquí abajo. Pero lo importante de este diagrama es que aquí, en este histograma, lo que está representado no es el número de descubrimientos. En el primer diagrama que os enseñé puse 6000 puntos encima de la imagen y visteis que había muchísimos planetas como Júpiter, una gran masa de planetas de júpiter calientes y también de júpiter fríos. Pero los planetas de tipo Júpiter orbitando estrellas como el Sol no son muy comunes, sobre todo aquellos a distancias cortas, como están en este diagrama. Pero los detectamos muy frecuentemente porque son los más fáciles de detectar. ¿Qué tiene de importante este diagrama? Que aquí, en el eje «y», en el eje vertical, hemos corregido lo fácil o difícil que es detectar un planeta con ese telescopio. Entonces, lo que realmente tenemos es un conocimiento estadístico de cuáles son los planetas más comunes orbitando estrellas como el Sol. No estamos poniendo cuántos planetas hemos detectado alrededor de estrellas como el Sol,

24:28 sino cuáles son los planetas más típicos en estrellas como el Sol, basado en nuestros descubrimientos, pero teniendo en cuenta que algunos planetas, como los planetas terrestres, son muy difíciles de detectar. A pesar de que hayamos detectado muy pocos, son tan difíciles de detectar que eso... ¿Veis que tiene una forma como de dos montañas? Esto se llama el valle de los tamaños, el «radius valley». Entre dos montañas parece que hay aquí como un hueco de estos planetas que parecen no existir. Tradicionalmente se han llamado supertierras a estos planetas que son de un tamaño como la Tierra o un poquito más grandes, entre una y una vez y media el tamaño terrestre, y otra familia de planetas, dos o tres veces más grandes que la Tierra, que se llaman subneptunos.

25:18 Los subneptunos son la mayoría de esta población, pero su origen y su composición siguen siendo un misterio. Las supertierras parecen ser realmente una Tierra un poquito más grande que la normal: parece que se forman igual y que tienen una composición similar. Pero con los subneptunos estamos totalmente perdidos.

25:40 Y ha habido dos hipótesis principales que se han planteado para explicar su origen. Una, que los subneptunos son gigantes enanos o enanos gaseosos. Es como coger a Júpiter y reducirlo a un tamaño dos o tres veces el de la Tierra. Esta ha sido la teoría líder en los últimos diez años. Cuando este resultado se presentó por primera vez a la comunidad, dijeron: «Estos planetas son como la Tierra un poco más grandes y estos son como Júpiter un poco más pequeños». Lo que principalmente dice esta teoría es que estos planetas son como la Tierra, pero capaces de retener una atmósfera de hidrógeno y helio, como en Júpiter o en Saturno, durante mucho tiempo. Tienen un núcleo rocoso y una gran atmósfera de hidrógeno que representa aproximadamente un 1 % de la masa total del planeta, algo increíblemente grande que hace que el tamaño del planeta sea el doble o el triple que si no tuviera atmósfera. Para formarse con estas propiedades necesitan formarse muy cerca de la estrella, justo donde los detectamos.

26:45 La otra teoría es que estos mundos, los subneptunos, sean mundos acuáticos, «water worlds». Esta teoría fue la primera que se planteó a nivel teórico en el año 2004 para explicar la naturaleza de los subneptunos y de las supertierras. Se había planteado en 2004, pero nunca se había tenido evidencia de que existieran en la naturaleza. Gracias a mis investigaciones y a las de otros compañeros, es una hipótesis que ha resurgido mucho, y es el artículo del que Emilio hablaba en la introducción. ¿Qué es este tipo de planeta? Es un planeta donde no sabemos exactamente cómo se reparte el agua en su interior, pero necesitamos que al menos entre un 20 y un 50 % de su masa total sea agua. Agua en diferentes formas: vapor, hielo, líquida, como sea. Y lo que tenemos que pensar es que serían como una versión gigante de los cometas. De los cometas siempre se ha dicho que son bolas de nieve sucia. Se forman muy lejos de la estrella, donde el agua disponible está en forma de hielo, y es una mezcla entre roca y hielo. Son estas bolas de nieve sucia que cuando se acercan al Sol tienen esas colas espectaculares de vapor de agua. Para que estos planetas tengan estas propiedades tan similares a los cometas, se tienen que formar donde se forman los cometas, en las partes externas de los sistemas estelares, pero nosotros los detectamos muy cerca de su estrella. Es decir, se han tenido que formar allí para tener esta composición,

28:21 pero luego han debido de migrar hacia las partes internas del sistema de forma muy rápida. Y esto es lo que en la comunidad no se creía que fuese posible.

28:33 ¿Qué problema tenemos? Que para la mayoría de los planetas que conocemos, y en el diagrama de antes, la única información que tenemos es el tamaño, porque los hemos descubierto con la técnica del tránsito, con los eclipses. Podemos conocer cuánto dura un año y su tamaño, pero es lo único que conocemos. Entonces, tenemos aquí el mismo tipo de planeta si solo miramos el tamaño. Pero si supiéramos cuál es la densidad, tendríamos una idea más clara de la composición del planeta. Si combinamos el tamaño con una medida independiente de la masa, podremos tener una idea de la densidad global del planeta y de su composición. Estas son dos bolas del mismo tamaño, pero sabemos muy bien a cuál no darle una patada descalzo.

29:27 ¿Qué es lo que se ha hecho en la última década y en lo que ha consistido mi tesis doctoral y trabajo posterior? La mayor parte de los estudios de descubrimiento se han hecho con la técnica del tránsito y con estas misiones: la misión Kepler y la misión TESS de la NASA, y también la misión CHEOPS de la Agencia Espacial Europea. Pero con telescopios en tierra y espectrógrafos que pueden utilizar la otra técnica para medir masa, instrumentos como MAROON-X en Hawái, HARPS en Chile o CARMENES en Calar Alto, construido en el instituto... ESPRESSO en Chile y HARPS-Norte en La Palma, con este tipo de espectrógrafos de alta resolución, que es lo que necesitamos en telescopios en observatorios terrestres, podemos combinar el tamaño con la masa y poder calcular las densidades de estos planetas por primera vez.

30:17 Y esto es algo que no se ha podido hacer hasta los últimos diez años. Y donde más progreso se hizo es en los planetas que orbitan estrellas enanas rojas. ¿Por qué las enanas rojas? Porque son estrellas más pequeñas, menos masivas, más frías que el Sol, y esto hace que todas las técnicas que nosotros utilizamos para detectar planetas lo hagan todo más fácil. Entonces, medimos los tamaños y las masas de los planetas, incluso la de los más pequeños, incluso planetas como la Tierra.

30:46 El artículo al que se refería Emilio, que yo escribí aquí después de terminar mi tesis en el Instituto, durante la pandemia, fue este artículo en el que revisitamos todos los descubrimientos que se habían hecho de planetas en torno a enanas rojas y medimos sus densidades por primera vez. Y esto es un resultado que se publicó en el año 2022 en la revista Science.

31:10 Esto era todo: en el verano de 2021 estos eran todos los planetas que se habían descubierto en torno a enanas rojas que tuvieran una medida de su masa y de su tamaño. Y lo que identificamos es que había como dos familias.

31:23 Esto no es un ajuste. Estas líneas que yo estoy pintando aquí son unos modelos teóricos de si cogemos un planeta como la Tierra, que sería la línea verde... Aquí está la Tierra pintada por referencia, ¿no?, una masa terrestre y un tamaño terrestre: la Tierra. Si nosotros cogiésemos un planeta como la Tierra y respetamos su composición y la hacemos más grande o más pequeña, la Tierra se movería en esta línea. Respeta esa proporción. Si tú respetas exactamente la composición de la Tierra, cuánto hierro hay en el núcleo, cuánta roca fundida hay en el manto, todo, y la hacemos más grande o más pequeña, se iría moviendo por esta línea. Y vemos que hay muchos planetas orbitando enanas rojas que parece que siguen esa misma composición: tienen la misma densidad que la Tierra, aunque sean dos o tres veces más masivos que la Tierra. Parece que todos tienen la misma composición.

32:19 Sin embargo, hay otra familia de planetas que tienen una densidad que es la mitad que ella. Es decir, un planeta de mentira. Esta línea es un planeta de mentira que está hecho solamente de la mitad de agua y la mitad de roca. Y si cogemos ese planeta de mentira y lo hacemos más grande o más pequeño, tendríamos planetas que pasen por esta línea. Y si cogiéramos esta línea y, en vez de una masa terrestre, nos vamos a la masa de un cometa, veríamos que los cometas están aquí todos, en esa línea. El cometa Halley estaría sobre esa línea, lo que pasa es que tendríamos que irnos aquí, porque es una masa de unos pocos kilogramos.

33:00 ¿Qué es lo que pasa? Que parece que hay muchos planetas en la naturaleza que tienen esta composición, una composición de mitad agua y mitad roca, similar a la de los cometas, a la de las lunas de Júpiter y otros cuerpos. Y eso fue lo sorprendente. Esta era la primera evidencia observacional de que los mundos acuáticos existen en la naturaleza y que tenemos familias de planetas por diferentes densidades: tenemos una gran familia de planetas que son rocosos, parecidos a la Tierra; tenemos una gran familia de planetas, mundos acuáticos, con una densidad muy definida que es la mitad de la densidad de la Tierra; y luego tenemos unos planetas un poquito más grandes que sí necesitan tener hidrógeno en sus atmósferas para poder explicar su tamaño.

33:43 A pesar de que para las estrellas enanas rojas los mundos acuáticos parece que existan, todavía los subneptunos en general no estamos seguros de si son realmente mundos acuáticos o son estos gigantes enanos o tal.

33:58 Esta no la he cambiado a español. No pasa nada, es lo que he dicho en palabras.

34:04 ¿Y esto por qué pasa? Pasa porque las medidas que nosotros podemos hacer de un exoplaneta, las cantidades que podemos medir, que son su tamaño y su masa, están, es lo que se llama, degeneradas con los modelos de estructura interna. ¿Esto qué es lo que pasa? Nosotros tenemos dos cantidades que conocemos, el tamaño y la masa, pero necesitamos inferir tres cantidades: necesitamos saber cuánto hierro hay, cuánta agua hay y cuánto hidrógeno hay, más o menos. Entonces, llegamos a una situación en la que tenemos un diagrama en el que está la masa del planeta y aquí el tamaño del planeta. Tenemos un planeta que hemos descubierto, que le hemos medido la masa con este valor y esta barra de error, con esta incertidumbre, con este tamaño y con esta incertidumbre, pero que podemos explicar su composición interna con diferentes modelos que son completamente diferentes entre ellos, que pueden explicar perfectamente los datos, pero que obviamente la composición es diferente. Y por eso tenemos estos diagramas ternarios. Tenemos dos cantidades que conocemos, pero tres cosas que queremos saber, y eso no lo podemos hacer. Esto es lo que se llama un problema en matemáticas degenerado.

35:15 Y podemos tener una explicación para este planeta que sea un planeta principalmente hecho de hierro con un montón de hidrógeno, podemos tener un planeta que sea la mitad roca, la mitad agua, o podemos tener un planeta que es prácticamente todo agua. Esos son, obviamente, diferentes tipos de planetas, que serían muy diferentes entre sí, pero que todos tienen la misma densidad.

35:36 ¿Qué es lo que pasa? ¿Qué pasaría si pudiéramos observar la atmósfera de un planeta? La atmósfera en cada caso de esos tres casos debería ser diferente. Si es un planeta en el que no hay hidrógeno, pues no deberíamos ver hidrógeno en su atmósfera, o si es un planeta que está principalmente hecho de agua, pues deberíamos ver solo agua en su atmósfera. Entonces, esto es lo que hacemos ahora gracias al telescopio espacial James Webb. Y tengo aquí un vídeo para que veáis cómo se observa, cómo se estudia la atmósfera de un exoplaneta.

36:08 Estos son unas animaciones, las letras están en inglés, pero principalmente lo que hacemos es coger un planeta y queremos estudiar la composición química de su atmósfera. Entonces, cogemos uno de estos planetas que hemos detectado con la técnica del tránsito, que pasan por delante de su estrella y tapan la luz. Pero en vez de mirar solo la estrella, la luz que se bloquea por el planeta y que no nos llega, vamos a mirar con mucho detalle la luz que se filtra, la poquita luz que se filtra a través de la atmósfera antes de llegar a nosotros, y vamos a utilizar el telescopio espacial James Webb para mirarlo.

36:43 Entonces, tenemos un planeta que es aproximadamente unas mil veces más pequeño que su estrella, y utilizamos un telescopio como el telescopio espacial James Webb para coger... La luz que nos viene de la estrella nosotros la conocemos muy bien: la pasamos a través de un prisma y obtenemos el espectro. Nosotros el espectro de una estrella lo conocemos, tenga planetas o no alrededor de ella, podemos estudiarlo. Y vamos a mirar en el rango visible y, con el telescopio espacial James Webb, también en el infrarrojo. Y vamos a coger la luz que viene de la estrella, la vamos a pasar a través de un prisma, y alguna parte de esta luz va a pasar a través de la atmósfera del planeta. ¿Qué es lo que pasa con la luz? Que debido a la composición química va a absorber algunas longitudes de onda y otras no. Y dependiendo de la luz que nos falte de la que ha pasado a través de la atmósfera, vamos a saber de qué está hecha. Comparando la luz que nos debería llegar con la que realmente nos llega, podemos saber qué composición química hay en la atmósfera del planeta. Y con esto se puede inferir si hay agua, si hay metano, si hay dióxido de carbono, y lo podemos hacer con muchos tipos de planetas.

37:52 Pero también las observaciones de la atmósfera de planetas sufren estas degeneraciones. Y especialmente, sobre todo en los tiempos del telescopio espacial Hubble, que fue la primera vez que esto se pudo hacer, pero para planetas más grandes, para planetas de tipo Júpiter, hay una degeneración, hay una familia de soluciones matemáticas que explican los datos de la misma manera, igual de bien, pero con composiciones diferentes. Y esto ocurre porque podemos poner agua en una atmósfera o podemos poner nubes a diferentes alturas y los datos parecen iguales.

38:28 También tenemos mucha incertidumbre, por estos planetas que no existen en el sistema solar, cuál es su composición química, cuál es su composición interna y todas estas cosas. Y uno de los campos más activos ahora mismo en investigación en este tipo de planetas, los subneptunos, es qué pasa con el agua cuando se encuentra a las presiones y las temperaturas que hay en este tipo de planetas. Y una de las cosas que parece que pasan es que el agua y el hidrógeno se mezclan en un fluido homogéneo, como si mezclamos alcohol con agua, ¿no? No podemos saber dónde hay agua, dónde hay alcohol, es todo una mezcla homogénea, y eso parece que ocurre en los subneptunos más calientes.

39:07 Además, también no sabemos exactamente qué pasa con el agua, porque si nosotros tenemos un planeta que en su base es principalmente rocoso, la atmósfera que hay en lo alto ejerce tal presión sobre la superficie del planeta, que es rocoso, que hace que la roca se derrita, y lo que hay realmente es un océano de lava, ¿no? ¿Qué es lo que pasa con este océano de lava? Que nosotros podemos echarle todo el agua que queramos a la lava, que no cambiamos sus propiedades. Sigue pareciendo lava, pero puede contener grandes cantidades de agua y no cambiar sus propiedades físicas. Entonces, también saber dónde se esconde este agua es una cuestión ahora mismo que se tiene mucho en cuenta a nivel teórico y a nivel de laboratorio para intentar estudiarlo.

40:00 Bueno, ¿qué podemos hacer entonces? Todo son problemas con estos planetas.

40:09 Bueno, pues para eso contratamos gente que sea más lista que nosotros. Y tenemos un grupo de investigación aquí en el IAA que está financiado por el Consejo Europeo de Investigación. Tenemos dos estudiantes de doctorado, Yue Yu y Pierrot, que vienen de China y de Canadá, y dos investigadores postdoctorales, Pedro y Nicholas, que vienen de Portugal y Estados Unidos. Y este proyecto financiado por la Unión Europea está diseñado para romper estas degeneraciones matemáticas para aprender más sobre los planetas de tipo subneptuno.

40:43 ¿Y cuáles son las preguntas que intentamos responder? Queremos saber si los subneptunos son mundos acuáticos o no; si los mundos acuáticos, que creemos que al menos en torno a las enanas rojas existen, también existen en estrellas como el Sol, donde son tan comunes; cuál es la composición de sus atmósferas, cuál es la composición interna; y si existen los dos tipos de planetas, pues en qué proporción están y cómo dependen de otras propiedades del sistema.

41:08 El proyecto se basa principalmente en usar datos de los mejores telescopios del mundo: el James Webb, que se lanzó en la Navidad del año 2021 y que lleva solo cuatro años dándonos datos, y un análisis estadístico de una población. ¿Qué es lo que pasa? Que las degeneraciones que yo he contado, que hay tanto para aprender su composición química de la atmósfera como para medir la composición y la estructura interna del planeta, para un planeta solo no la podemos resolver. Un planeta individual, nosotros lo descubrimos, le medimos sus propiedades, y nunca vamos a saber exactamente si tiene más agua o menos agua o es más hidrógeno o menos hierro, no lo vamos a saber. Pero cuando hacemos estudios de población, hay algunas cosas que nos van a dar idea de cuál es el tipo de planeta más común.

41:56 Y tenemos diferentes grupos de trabajo: uno que se dedica a estudiar las atmósferas, otro que se dedica a medir las densidades y otro grupo de trabajo que se dedica a hacer este análisis estadístico. Y os voy a contar un poco por encima la parte de atmósferas en más detalle.

42:10 ¿Por qué quiero hablaros del James Webb? El James Webb es el telescopio más potente que existe ahora mismo en el mundo para estudiar cosas que brillan o que emiten luz en el óptico y en el infrarrojo. Hay otros telescopios más potentes en otras longitudes de onda, como por ejemplo el Telescopio del Horizonte de Sucesos con el que se detectan los agujeros negros y se hizo la famosa imagen del agujero negro, pero esos son telescopios que miran en otras longitudes de onda. Para el óptico y para el infrarrojo tenemos el telescopio espacial James Webb. ¿Y por qué es tan importante el infrarrojo? Porque en el infrarrojo es donde están las moléculas típicas de las atmósferas de planetas, y podemos detectarlas.

42:50 Y aquí tenemos el subneptuno más famoso de todos, que es K2-18 b. Y estas son unas observaciones que se publicaron en el año 2023, y es el primer espectro de la atmósfera de un planeta de tipo subneptuno. Y por primera vez se pudo hacer esto. Esto ya es de por sí un descubrimiento increíble. Y se detectó que en la atmósfera de este planeta había metano de forma muy abundante y además había dióxido de carbono, y una molécula que dio mucho que hablar, que es esta: el DMS, sulfuro de dimetilo, creo que se llama en español, dimethyl sulfide.

43:31 Y esta detección de esta molécula llevó a este titular del New York Times y que fue sonado en todo el mundo: «Los astrónomos detectan un posible signo de vida en un planeta distante. Más estudios hacen falta para determinar si K2-18 b, que orbita una estrella que está a 120 años luz, está habitado o es habitable».

43:56 Esta detección... ¿Vosotros habíais escuchado esta noticia? ¿Os acordáis de esta noticia?

44:04 Pues esta noticia se dio en abril del año 2023, pero los astrónomos de este trabajo dijeron que no era una medida realmente robusta. Entonces ellos dijeron: «Parece que hemos detectado algo, pero no estamos seguros». Pero en el año 2025, el año pasado en abril, a bombo y platillo anunciaron que se había detectado vida o que estaban los signos de vida más importantes.

44:31 Entonces, al mes siguiente, yo publiqué este artículo con mis compañeros de la Universidad de Chicago, donde yo trabajaba, en el que decimos que no había evidencia de que la detección de esta molécula, el sulfuro de dimetilo, estuviese presente en la atmósfera de este planeta. Y no lo dije solo yo. Hubo todos estos artículos que se publicaron durante los próximos meses, y que demuestran cómo funciona la ciencia. Grandes resultados necesitan gran evidencia científica y, obviamente, la comunidad científica no estaba muy de acuerdo con este resultado.

45:09 Entonces, para el planeta K2-18 b estamos todavía lejos de detectar biofirmas porque los astrónomos de este artículo solo analizaron estos datos. Y con estos datos solamente les salía que probablemente hubiese una detección de esta molécula. Sin embargo, cuando tú coges todos los datos que el telescopio espacial James Webb había tomado para esta estrella y para este planeta y los pones juntos, ves que es verdad que tiene metano, es verdad que tiene dióxido de carbono, pero no es verdad que tenga sulfuro de dimetilo.

45:42 Y seguro que este titular a lo mejor no lo visteis, pero el mismo escritor del New York Times que escribió lo de que había signos de vida tuvo que escribir al mes otro artículo diciendo que nuevos estudios rechazaban los signos de vida en un planeta distante. Y luego después, unos meses más tarde, con más observaciones del telescopio espacial James Webb que se hicieron ese verano, el verano pasado, dijeron que la evidencia de vida o las pistas de vida se alejan todavía más.

46:15 En el campo de los subneptunos y utilizando el telescopio James Webb casi resultados se publican cada día, y hay muchos subneptunos que están enseñando que hay grandes cantidades de volátiles, elementos poco pesados, principalmente agua en sus atmósferas. Parece que esta propuesta de los mundos acuáticos también aplica y se está viendo en las atmósferas de estos exoplanetas. Y esto es algo totalmente novedoso, esto es algo que cada día tenemos que mirar en internet si hay artículos nuevos para ver más.

46:45 Y el grupo de investigación que yo tengo aquí en el IAA, pues somos el grupo de investigación de todo el mundo que tiene más datos con el telescopio espacial James Webb para estudiar los subneptunos. Estos son programas que ya están ocurriendo. Tenemos unos programas que van a estudiar los subneptunos en función de su edad, a diferentes edades para ver cómo sus atmósferas evolucionan. También vamos a estudiar planetas de tipo subneptuno que son muy calientes, en los que este océano de lava tiene un rol predominante en la química y la composición del planeta. Y también tenemos otros programas que son con unas edades intermedias.

47:25 Pero el programa más ilusionante es uno que fue recientemente aprobado, que se llama IN/AT-SYNC, un programa de doscientas horas que se aprobó hace unos meses, del que yo soy el IP. Y este ha sido el programa más grande que se ha aprobado con el telescopio espacial James Webb en este ciclo. El segundo más grande también lo ha conseguido el IAA: Rainer Schödel, que es el vicedirector del instituto, ha conseguido también un programa. De los diez programas grandes que se han aprobado en el telescopio espacial James Webb este año, dos son liderados por el instituto, algo que es una cosa increíble porque se ha alcanzado el récord de la gente pidiendo tiempo de observación con el James Webb. Entonces ha sido el año más complicado de conseguir tiempo y el instituto ha sido el mejor. El mejor.

48:11 ¿Qué es lo que hace especial este programa? Este programa es especial porque va a estudiar subneptunos orbitando estrellas como el Sol por primera vez. Siempre todo lo que hemos hecho antes y os he enseñado antes es con estrellas enanas rojas; este programa va a hacerlo con estrellas de tipo solar. Pero va a estudiar un tipo de planetas que están en lo que se llaman cadenas de resonancia.

48:31 Y el prototipo de este sistema es HD 110067, que fue un artículo de un descubrimiento de este sistema que publicamos en la revista Nature en el año 2023. Y aquí tenéis una simulación de cómo son las órbitas de este sistema: un sistema que orbita una estrella como el Sol, en el que hay seis subneptunos que están sus órbitas perfectamente sincronizadas. Esto es algo muy muy raro en la naturaleza, pero creemos que todos los sistemas, cuando nacen, se forman así; que los sistemas planetarios cuando se forman y todavía hay polvo y gas en el disco en el que se forman, siempre se atrapan en estas órbitas resonantes, que están sincronizadas. Sincronizadas en el sentido de que un planeta que está más cercano a la estrella da dos órbitas y el de fuera da una, ¿no? Entonces siempre se ven cada dos órbitas. Y aquí lo tenemos. En este caso son unas órbitas que están relacionadas 3 a 2 y 4 a 3 entre ellas. Es decir, por cuatro órbitas de este planeta interno, este de fuera da tres, y así sucesivamente.

49:39 Este fue un resultado muy bonito de escribir y de hacer, pero también tuvo un gran impacto, y para mí el momento más orgulloso de mi carrera fue cuando Buzz Aldrin escribió este tuit diciendo que estaba muy impresionado con el descubrimiento y que había sido un descubrimiento muy bonito. y muy emotivo y que animaba a la gente a que leyera el artículo científico y a que siguiéramos descubriendo. Entonces, vamos a estudiar este sistema planetario por primera vez con el telescopio espacial James Webb y gracias a ello vamos a poder aprender realmente cómo se forman los subneptunos, cuáles son las propiedades que ellos tienen cuando se forman y cómo evolucionan.

50:22 La otra pata del proyecto es de medidas de densidad de planetas, donde medimos el tamaño y la masa. Para la masa os dije que necesitábamos esta otra técnica que necesita de telescopios en tierra. Y para eso tenemos más de 650 horas en diferentes observatorios en el mundo. Tenemos tiempo en Hawái, en Chile, en Canarias, en Calar Alto... Y recientemente hemos conseguido 300 horas adicionales con el telescopio VLT, con el instrumento ESPRESSO, un programa que empezó a tomar observaciones en mayo de este año y seguirá tomando hasta el año que viene en mayo. Y vamos a tener casi 1000 horas para estudiar 42 planetas, y vamos a medir la masa y la densidad de 42 subneptunos que no se habían estudiado antes. Y esto doblará el número total que hay de subneptunos con estas medidas, ¿no?

51:17 ¿Y por qué necesitamos tener una muestra grande? Necesitamos extender la muestra en todas las temperaturas y tipos de estrella. Aquí tenéis algunos de los artículos que hemos publicado ya con esta muestra, y todavía nos quedan más por hacer. Pero este es un paso necesario porque os dije que un planeta individual no vamos a poder resolver cuál es su estructura interna, pero cuando tenemos una población, sí podemos hacerlo.

51:42 Y esta es la otra pata del proyecto. Esto es un estudio teórico en el que nosotros utilizamos un código informático que tiene en cuenta toda la física, o casi toda la que podemos incluir, para la formación de planetas. Cogemos, ponemos piedritas chiquitas y las dejamos evolucionar por miles de millones de años, y ellas van creciendo, van acumulándose, van acretando, se van formando planetas, algunos planetas chocan con otros, otros no, otros sobreviven... Y hacemos esto miles de veces. Y creamos estos colorines por aquí, y creamos poblaciones de planetas con diferentes masas y con diferentes tamaños que pueden generarse con una estrella, por ejemplo, de tipo solar. Y eso lo podemos comparar con la muestra real de planetas que nosotros conocemos y que hemos medido, que son los puntos rojos. Veis que estas distribuciones son diferentes de los modelos, lo que viene en colores es diferente. Y esto puede cambiar también con el tipo de estrella. Para las estrellas de tipo solar es así, pero para las estrellas enanas rojas es así. Y tenemos estos códigos que nosotros podemos modificar, y una de las cosas que podemos modificar es la composición de los subneptunos. Podemos poner el agua mezclada con la roca, podemos ponerlo en capas, todo separado, podemos decir que se escapa la atmósfera pero una parte se queda... Podemos hacer un montón de cosas a nivel teórico, y eso nos da diferentes poblaciones.

53:03 La población que más se parezca a la realidad nos va a decir cuál es el tipo de planeta, cuál de estas composiciones va a ser la que sea más similar en la naturaleza para explicar los subneptunos.

53:16 Y esto es un poco el proyecto completo. Y quiero destacar por qué estamos haciendo esto ahora. Estamos haciendo esto ahora porque los subneptunos son unos planetas muy complicados, porque, al no tenerlos en el sistema solar, no podemos mandar una sonda, tener una instrumentación superdetallada para poder estudiarlos en profundidad. Necesitamos estudiar estos planetas de forma indirecta a través de los estudios de exoplanetas.

53:40 Y para empezar a aprender sobre estos planetas necesitamos conocer su tamaño, lo que requiere telescopios espaciales; necesitamos conocer su masa, lo que requiere de telescopios en tierra; y necesitamos conocer su composición atmosférica, lo que requiere el telescopio espacial James Webb. Y esto es algo que ahora mismo todo está en funcionamiento.

54:01 Entonces estamos aprovechando lo que se llama la oportunidad de los mundos acuáticos, ¿no? 'The water world opportunity', que es un momento ahora mismo en la historia en la que tenemos todas las herramientas para estudiar este tipo de planetas. ¿Qué es lo que pasa? Que con las herramientas que tenemos ahora mismo con el telescopio espacial James Webb, aunque podemos estudiar la composición química de la atmósfera de planetas de tipo subneptuno, orbitando incluso a estrellas como el Sol, no lo podemos hacer para planetas como la Tierra. No tiene, a pesar de que el James Webb es maravilloso, no tenemos la capacidad, la precisión necesaria para poder estudiar un planeta como la Tierra que tuviera agua líquida orbitando una estrella como el Sol. No lo tenemos, necesitamos telescopios nuevos.

54:44 Entonces, esta es una oportunidad de buscar vida más allá del sistema solar en unos planetas, los subneptunos, que podrían tener grandes cantidades de agua.

54:54 ¿Y por qué hacemos esto? Esto es una simulación del vecindario solar. Aquí tenemos la Tierra en el centro y al lado hay planetas, y estos planetas no están puestos aleatoriamente. Estos planetas están puestos realmente basados en los descubrimientos que hemos hecho y en el diagrama de las dos montañitas que os enseñé al principio. Veis que aquí hay puntos muy grandes, ¿no?, planetas muy grandes, que son planetas como Júpiter. Hay muchos, pero son menos que los planetas pequeños, ¿no? Hay muchos planetas pequeños. También los que están coloreados de rojo son los que orbitan estrellas como el Sol. Veis que los planetas que orbitan estrellas como el Sol son menos comunes que los que son grises, ¿no? Hay menos porque el tipo de estrella más común en la Vía Láctea son las enanas rojas. Entonces la mayor parte de los planetas orbitan enanas rojas y la mayor parte de los planetas son pequeños. Aun así, la cantidad de exoplanetas que hay ahí fuera es tan grande que si cogemos este diagrama y miramos solo los que están en primera fila, podríamos tener hasta siete candidatos, planetas como la Tierra orbitando estrellas como el Sol, en el vecindario literal del sistema solar, ¿no? A pesar de que no parezca que haya muchos puntos de estos rojo oscuro, hay los suficientes cuando miramos a la galaxia para hacerlo.

56:20 ¿Qué es lo que pasa? Que para estudiar las atmósferas de este tipo de planetas no podemos hacerlo con la tecnología que tenemos ahora. Por eso estudiamos los subneptunos: son más grandes, son más fáciles de detectar su atmósfera, y podrían tener agua, que ahora mismo es el requisito principal para buscar vida. Pero si quisiéramos estudiar realmente estos planetas análogos a la Tierra, necesitaríamos unas misiones nuevas que están empezando a construirse, y una de ellas es Habitable Worlds Observatory de la NASA, y otra es LIFE de la Agencia Espacial Europea, o apoyada por la Agencia Espacial Europea.

56:52 Estas son misiones que están siendo diseñadas para realmente ver la luz de un exoplaneta directamente. Todo lo que os he contado es de forma indirecta: o el planeta pasa por delante de la estrella y tapa la luz, o cogemos el espectro de la estrella y lo miramos, pero no miramos al planeta directamente. ¿Por qué? Porque los planetas no brillan con luz propia. Los planetas solo reflejan la luz que le llega de su estrella. Pero ellos reflejan una de cada mil millones de fotones que le llega de su estrella. Entonces necesitamos, para poder medir la luz de un planeta de forma directa, ser capaces de distinguir un fotón entre mil millones. Eso es como intentar ver a una luciérnaga en un estadio de fútbol, pero no solo uno, sino coger varios estadios de fútbol, coger todos los focos y ponerlos todos juntos e intentar ver a una luciérnaga al lado de la lámpara. Es una cosa muy complicada, pero que se está haciendo ahora mismo, están en desarrollo estos conceptos que lo van a poder hacer por primera vez y que a mí algunas veces me parece hasta de ciencia ficción.

58:02 Entonces, termino mi charla aquí y os dejo algunos mensajes finales de recordatorio. Que el origen y la naturaleza de los subneptunos sigue siendo un misterio, es algo que estamos investigando ahora. Son el planeta que más fácil se forma, los más comunes en la galaxia, pero no existen en el sistema solar. Algo tendrá que ver con nuestras propiedades en el sistema solar, que no parece ser tan común. Necesitamos la masa, los tamaños, los estudios atmosféricos, todo para poder entender sus propiedades; además tenemos que hacerlo de muchos.

58:36 ¿Qué es lo que pasa o cuál es la parte beneficiosa, por qué son tan interesantes? Porque si realmente son ricos en agua, los subneptunos serían unos candidatos ideales y más sencillos que los análogos terrestres para estudiar la habitabilidad, para buscar una ventana de búsqueda de vida fuera del sistema solar, y hacerlo de forma más rápida y con telescopios e instrumentos que tenemos ya.

58:58 Entonces el proyecto THIRSTEE, que es con el que mi grupo de investigación está financiado, hemos desarrollado un camino, hemos conseguido un montón de tiempo con telescopios para mejorar el entendimiento de los subneptunos a nivel observacional, a nivel de medir sus propiedades, hacer catálogos. Pero qué se hace con esos catálogos de medidas de planetas es algo que otros compañeros con estudios teóricos, con estudios de laboratorio, con estudios matemáticos, de algoritmos, con geofísicos, con químicos, van a tener que utilizar esos datos para sacar conclusiones de realmente cómo estos planetas se forman, cómo evolucionan, cuál es su estructura interna y todo eso.

59:40 Entonces lo voy a dejar aquí y si tenéis preguntas, pues encantado de responderlas. Muchas gracias.

59:46 [Aplausos]

59:59 Bueno, si hay preguntas...

1:00:05 Muchas gracias en primer lugar por la charla, que ha sido extraordinaria, pero yo te quería plantear una duda que tengo siempre, y es: yo sé que la ciencia nunca habla de esto porque no lo hemos detectado todavía, y no le gusta a la ciencia hablar de lo que no ha detectado, ¿no? Pero yo empíricamente asumo que están ahí, que son las exolunas, ¿vale? Nunca hablamos de ellas, pero yo asumo que deben de estar ahí. Y la pregunta es: ¿esas exolunas pueden alterar las mediciones que estamos tomando de esos planetas? Porque al final son masa también, y la resolución que tenemos es tan pequeñita que muchas veces a lo mejor... A lo mejor a un planeta joviano que tenga siete lunas pues no le afecta mucho, pero a lo mejor a una supertierra rodeada de cuatro lunas pues nos está dando un valor más alto de masa... Te estoy hablando de un dato, pero puede haber más. Entonces, ¿eso se está teniendo en cuenta?

1:01:06 Pues una pregunta excelente, y a un campo de investigación que lamentablemente no tiene ni muchas personas que trabajen en él, ni ha tenido mucho éxito a nivel observacional en conseguirlo. Se tenía mucha esperanza en el telescopio espacial James Webb en los primeros años en que fuera capaz de detectar exolunas con la técnica del tránsito. ¿Por qué? Porque la precisión del telescopio espacial James Webb era tan alta, era capaz de conseguir una calidad de fotometría tan alta, que se pensaba que si observamos los sistemas el suficiente tiempo, antes de que pase por delante de la estrella y después de que pase por la estrella, durante un tiempo largo, seríamos capaces a lo mejor de ver la luna transitando antes de que viniera el planeta o después. No se ha conseguido. Eso, ¿qué es lo que pasa? Que ha puesto un tamaño límite, un tamaño máximo a las lunas. Entonces sabemos que... ¿Una luna de tamaño terrestre? Eso parece que en la naturaleza no es común. Es decir, que un planeta, a pesar de haber planetas tan grandes y más grandes que Júpiter, que podrían quizás tener lunas tan grandes como la Tierra, eso lo hubiésemos detectado ya. De eso estamos cien por cien seguros de que no. ¿Que haya lunas más pequeñas, o del tamaño de Marte o más pequeñas? Todavía, a pesar de lo extraordinario que es el telescopio espacial James Webb, no tenemos la sensibilidad y la precisión para hacer esa medida.

1:02:37 Entonces ahora mismo tenemos un límite inferior a que las lunas pueden ser como Marte o más pequeñas, y no somos capaces de detectarlas. ¿Se podrá en el futuro con otras misiones? Sí, se podrá mejorar. Pero aquí principalmente estamos ya limitados por la variabilidad de la estrella de la que nosotros tenemos que sacar y extraer que está pasando un planeta por delante o una luna. Entonces, entender la estrella ahora mismo es el problema principal o el obstáculo principal para entender planetas a día de hoy. Y para eso es para lo que aquí en el instituto, por ejemplo, estamos intentando tener más sinergias y hablar más con las personas que son especialistas en el Sol, en las estrellas, estrellas de diferentes tipos, porque ellos conocen bien las estrellas, conocen bien la actividad magnética de las estrellas y cómo eso afecta a las medidas que nosotros normalmente tomamos para detectar planetas. Pero hemos llegado ya a un nivel de precisión en lo que ya nos impide llegar más profundo es la propia variabilidad y las propias cosas que pasan en la superficie de la estrella. Y en el tema de las lunas estamos limitados por esto. Una cosa de la que yo tenía esperanza era que llegará un momento en el que nosotros tengamos una resolución espacial con nuestros telescopios... Los telescopios sean tan grandes que nosotros, para algunos sistemas muy cercanos a la Tierra, la estrella y el planeta estén lo suficientemente separados para que en el cielo

1:04:13 yo pueda poner la fibra de mi telescopio o en la estrella o en el planeta. Entonces, si yo fuese capaz de poner mi fibra en el planeta directamente, yo lo que estaría midiendo es una variación de la gravedad, del bamboleo del planeta debido a la luna. Y eso es algo que yo creo que cuando el telescopio ELT en Chile se construya, puede ser un experimento que se pueda hacer por primera vez utilizando una técnica diferente. La otra técnica para la que yo creo que será la primera que consiga detectar las exolunas es la técnica de las lentes gravitatorias. Porque ahora con el telescopio Roman, que se lanzará a finales de este año, va a descubrir muchísimos planetas utilizando la técnica de lente gravitatoria, y a la técnica de la lente gravitatoria realmente le da igual cómo de grande sea el planeta o la luna. Lo que necesita es estar a la distancia correcta, y es muy sensible para planetas y para masas muy pequeñas. Yo creo que una luna relativamente masiva quizás pueda, con la técnica de la lente gravitatoria, detectarse en los próximos años. Pero es algo en lo que no trabaja tampoco mucha gente, creo que también por la decepción de estas primeras búsquedas. Pero es una pregunta excelente, y es posible que haya un sesgo en nuestras medidas de muchos sistemas, porque estamos creyendo que tienen un tamaño más grande del que hay porque en realidad lo que detectamos es...

1:05:35 La masa conjunta.

1:05:36 Exacto, la masa conjunta o el tamaño conjunto. Excelente.

1:05:46 ¿La cantidad de masa que tenga el planeta en el tránsito, la diferencia de masa hace que también haya una diferencia en la longitud de onda que llega de la estrella?

1:06:00 No, no está relacionada, porque lo único que hace el planeta... La manera en la que el planeta afecta a la estrella y al espectro de la estrella es en moverlo hacia adelante o hacia atrás. Todo lo que no sea un efecto de ir hacia adelante o hacia atrás tiene que venir de otras cosas, y principalmente viene de la estrella en sí. Si la estrella tiene manchas, fulguraciones, llamaradas, emiten longitudes de onda diferentes que se podrían confundir con un planeta, pero sabemos que eso no ocurre de forma periódica como le ocurriría a un planeta, porque el planeta lo único que hace es tirar de la estrella para adelante y para atrás, pero no le cambia las propiedades a la luz que nos viene de la estrella. Cuando hacemos lo del James Webb, sí, porque la luz que viene de la estrella se filtra alguna a través de la atmósfera y ahí sí cambia sus propiedades. Esa parte sí. Pero lo que hablaba usted de la medida de la masa, no. Lo único que hacemos es mover la estrella para adelante y para atrás.

1:07:13 Bueno, en primer lugar felicitarte por tu trabajo y por hacernos fácil lo difícil. A mí, como soy bioquímica, me interesa cuando hablas de que los subneptunos son buenos candidatos para la vida por el hecho de ser mundos probablemente ricos en agua, ¿no? Pero ¿hay algo más que los haga tan buenos candidatos para estudios de habitabilidad?

1:07:37 Probablemente no. Probablemente no, porque estos son los planetas fáciles ahora mismo de poder observar y de poder detectar. Pero una de las hipótesis para que la vida se abra paso en la Tierra parece que es necesario tener superficies, que las reacciones químicas ocurran en un pequeño lago en el que haya algún tipo de tierra o superficie sólida para que la química de la vida se abra paso. También vemos en cometas y cuerpos menores del sistema solar que hay una química complejísima, y eso ocurre probablemente también en la superficie del cometa. Estos planetas lo más probable es que no tengan superficie. Lo más probable es que, si están a la temperatura adecuada para que parte de su agua esté en forma líquida, lo que formen es un océano de agua líquida de kilómetros y kilómetros de espesor en el que no haya manera de que se abra paso para que se forme una superficie. O no, porque también son mundos que están bajo tan inmensas presiones y temperaturas, por tener una atmósfera tan grande encima de ellos, que es probable que a lo mejor activen vulcanismo, un vulcanismo muy grande que haga que esa lava quizás suba, pero si es capaz de solidificarse o no es algo muy complicado. Entonces, es probable que a lo mejor no se pueda... Si realmente tener una superficie es un requisito indispensable para que la vida se abra paso, a lo mejor no. Pero la exploración del sistema solar sí nos lo va a decir, porque nosotros vamos a ir a las lunas de Júpiter,

1:09:19 vamos a ir a las lunas de Saturno a mirar los océanos de agua que hay debajo de la superficie, y ahí no hay superficie. Si en ese sitio podríamos encontrar vida o indicios de que la química de la vida se puede abrir paso, quizás se pueda abrir paso también en los subneptunos. Pero es algo que es totalmente en el plano teórico. Conocemos muy poco de estos planetas.

1:09:42 Rafa, muchas gracias. Muchas gracias porque me ha parecido una charla excelente. Antes de venir le decía yo a mi mujer, porque yo no había escuchado ninguna charla tuya, y...

1:10:01 Y le decía yo a mi mujer: bueno, puede ser un gran investigador, pero un mal divulgador. Y creo que combinas ambas facetas, y eso no es fácil. Hay gente que se lo atribuye a Einstein, pero lo haya dicho quien lo haya dicho es una verdad como un templo, y es que nadie sabe bien de algo hasta que no lo explica para los legos. Y lo has hecho fenomenal. Me lo he pasado muy bien, y he de decir que me has vendido los exoplanetas de una forma que ahora ya me cuesta más criticarlos. Criticarlos a los exoplanetas y a los que estudiáis exoplanetas, ¿de acuerdo? O sea que realmente te agradezco la charla, porque ha sido muy ilustrativa, muy entretenida, y a pesar de que has mostrado muchos gráficos que a cierta gente pueda chocarle un poco, yo creo que los has explicado con sencillez y de forma fantástica.

1:11:12 Gracias, gracias, Carlos.

1:11:15 ¿Una pregunta más? Yo sí tenía dos preguntas cortas.

1:11:19 Perfecto.

1:11:20 Los tamaños de los planetas, la estadística de los tamaños... en la masa me estoy refiriendo, no a los tamaños, la masa, ¿sigue siendo una ley de potencia?

1:11:30 Parece que sí. Cuando los tomas todos en el espectro de planetas, si te vas desde los planetas hasta las enanas marrones y luego sigues a las estrellas, parece que es como una ley de potencia; que realmente los más comunes son los pequeños y que cuanto más masivo eres, más difícil de formar y tal. Parece que hay como un pico de frecuencia de los planetas de tipo Júpiter a la distancia donde se forma Júpiter. Y eso es porque todas las estrellas tienen lo que se llama la línea de hielo. En los sistemas planetarios, principalmente en el universo lo que hay es agua y roca: más chica, más grande, hielo y tal. Pero cuando una estrella se está formando, hay una región de temperatura en la que ese agua se evapora y lo que queda es principalmente roca, y en la región más allá, el agua sobrevive en forma de hielo. Y esa separación de la línea de hielo es un sitio ideal donde casi todo el material se acumula. El material viene, llega y se queda en esa barrera, y en esa barrera es más fácil formar planetas. Y ahí es donde se forman los júpiters. Parece que se alcanza un máximo de donde es ideal formar planetas en la línea del hielo, y lo más típico es que forme un planeta de tipo Júpiter. Aun así, esto solo ocurre en una de cada diez estrellas de tipo solar. Pero sí, parece que es una ley de potencia, pero se alcanza un momento óptimo en los planetas de tipo Júpiter. ¿Y por qué ocurre en los planetas de tipo Júpiter?

1:13:01 El número clave aquí es lo que se llama la «pebble isolation mass», que tú puedes acretar roca hasta que llegas a diez veces la masa de la Tierra. Una vez que tú acretas más, ya tienes la suficiente gravedad propia que tú ejerces, que arrasas con todo el gas que hay a tu alrededor y creces de forma inmediata. Pasas de ser una supertierra a un Júpiter, no hay término medio. Entonces hay un salto grande en tamaño. Están los planetas que son de un tamaño hasta Neptuno y luego hay un salto a los planetas de tipo Júpiter. Entre medias no hay nada. Si tienes menos, lo pierdes. Si estás muy cerca de tu estrella, la estrella te lo quita con evaporación y tal. Si no, tienes que ser más grande para sobrevivir. Y hay como un hueco. De tamaño sí hay un hueco. Pero en las masas parece que es una cosa continua: se llega hasta las diez masas terrestres y luego ya empieza a acretar gas, y ya tienes la continuación hasta que vas llegando a las estrellas.

1:14:03 Y ya por último, el sulfuro de dimetilo, ¿por qué se consideraba que esto era un rastro de vida en la atmósfera?

1:14:18 Es verdad que no lo he dicho. En la Tierra, el sulfuro de dimetilo está originado por el plancton de los océanos, única y exclusivamente. El plancton en los océanos genera esta molécula, que además parece ser la que da olor a mar al mar. Cuando huele a mar, es esa. Nosotros nos enfocamos en nuestro artículo en decir que no se había detectado esa molécula, y que principalmente lo que era más probable es que se hubiese detectado etano. El etano y el sulfuro de dimetilo es exactamente lo mismo sin el átomo de azufre. Pero el etano es una consecuencia natural de romper metano con rayos ultravioleta. Entonces, será más probable que en una atmósfera rica en metano, las partes altas de la atmósfera que están expuestas a rayos ultravioleta de su estrella, algunas de esas moléculas se rompan y sean etano. Pero el etano y el sulfuro de dimetilo son prácticamente iguales las moléculas, excepto por el átomo de azufre. Y en un espectro como este, a la resolución a la que nosotros miramos, son prácticamente idénticas. Como el sulfuro de dimetilo en la Tierra es un biomarcador indiscutible, se utilizó como argumento de que en este planeta, que es uno de los candidatos más fuertes a tener un océano de agua líquida debajo de su atmósfera, hubiera una especie de plancton o algo que generara este tipo de molécula en grandes cantidades. Nosotros dijimos que la molécula no está. Pero aunque la molécula estuviese, el salto de decir que por haber detectado esa molécula

1:16:03 en un planeta totalmente diferente a la Tierra, orbitando una estrella diferente al Sol, eso se ha debido a una especie de plancton o de vida que haya en ese océano, hubiera sido muy difícil de convencer a la comunidad científica de esa parte también. El proceso de las biofirmas y de la búsqueda de habitabilidad más allá del sistema solar lleva muchos pasos. Uno es el de la detección robusta de estas moléculas, y otra la interpretación de que eso sea únicamente debido a vida.

1:16:34 Exactamente.

1:16:36 Pues, Rafa, muy agradecido por haber estado aquí dándonos esta maravillosa charla. Te mereces otro aplauso.

1:16:42 Gracias, un placer.

5:41 a bit, so to speak, not quite as flexible, and try to move toward the front so you can hear him, right? If you think that... you can hear me because I try to speak rather loudly. Rafa tells me he does too, so, under normal conditions, we should be able to hear each other.

6:03 Well, first of all, thank you for being here. We offer air conditioning, but you still have to make the trip here from home, which is always, well, you are to be commended for coming, right?

6:18 Today we have Rafael Luque with us. Rafael Luque is currently hired at the Institute under a Ramón y Cajal contract. As you know, the Ramón y Cajal contract is one of the most prestigious contracts awarded within the Spanish Ministry of Research, right? It is also an entry point; it is a contract that implies, on the one hand, a tenure commitment, that there will be a permanent position, at least, matching the project he submitted for the Ramón y Cajal, which will be opened under that position's name. Other people will be able to apply, but obviously the person who submitted the project will have an advantage because he is the one leading that line of research. And we are quite proud of that.

7:17 Over the last three or four sessions, I have been saying that we are very pleased because we are introducing young researchers here who have an outstanding track record and therefore we believe that astronomy in Spain, and astronomy at this Institute, has a bright future. In other words, those of us who are on our way out feel quite happy and proud that the work of the Institute's past fifty years does not fall by the wayside or remain just a nice story.

7:53 And one of the most representative examples we have here, I say most representative not because the other young researchers lack the high caliber that Rafa Luque has, but because, as I will explain shortly, Rafa has been recognized with an award of the highest standing, such as the Princess of Girona Award for Scientific Research. The Princess of Girona Awards are equivalent to the Princess of Asturias Awards, but the Princess of Asturias are open to any age for the science category, whereas the Princess of Girona are for young researchers. As I said, Rafa received this award very recently, about a month or a month and a half ago, when he was notified, and the award ceremony will take place in Barcelona shortly.

8:45 What I mean by this is that the caliber of the people we have hosted here recently, these young people of his generation, is comparable. They are people doing excellent work. And awards, as you know, all awards are inherently unfair. There are always people left empty-handed thinking, well... Indeed, an award jury must always commit an injustice. Why? Because there are inevitably three or four people who are more or less equally deserving or have the same merit among the applicants, right? It is a wonderful injustice. That is to say, it is simply a reality. You always need a bit of luck in life, and if you have it, you have done your work well, and you win it, then nothing less than applause, right?

9:30 He has had an impressive journey... He is Andalusian, from Priego de Córdoba. He studied here at the UGR. He subsequently completed his doctoral thesis at the Instituto de Astrofísica de Canarias, with a very prominent team also focused on exoplanet hunting. You did it there, right? Enric Pallé was one of his advisors and is, let's say, the head of the group. And later he came here for his first postdoctoral stay, which, if I remember correctly, was from 2021 to 2022. And during that year or so that he worked here, he published a paper that, so to speak, paved the way for the highly successful career Rafael Luque is currently enjoying, which came with the discovery of a set of planets, a set of exoplanets—planets orbiting other stars— with very unique characteristics, which is what he will tell us about today: sub-Neptunes.

10:33 Afterwards, he went to the University of Chicago, in Illinois, he worked there for four years, and he returned here with this Ramón y Cajal fellowship.

10:45 Another interesting detail: he has secured a research grant funded by Europe, awarded by the European Research Council, which is the primary one for early-career researchers, called a Starting Grant. And it is an extremely competitive grant.

11:02 The fellowships Rafa has been awarded, both in the Canary Islands, continued afterwards in the Canaries, or held at the University of Chicago, are exceptionally competitive fellowships; that is to say, they are not just handed out freely. You have to compete with many people of great intellectual standing and with an extensive volume of work. In other words, he has a successful career because he earned it, and if he has this award, it is because he earned it.

11:28 So today we are fortunate to have him with us to tell us about these planets, of which he discovered so many, and which have established a class of exoplanets that today represents the future of research in this field. Thank you.

11:51 Well, thank you all for coming. I hope you can hear me well.

11:57 Thank you very much, Emilio, for such a generous introduction. I am thrilled to be here because, when I was a student at the University of Granada, I used to attend these Lucas Lara lecture series fifteen years ago. And now being part of it, since this is the first time I am giving a talk in this historic and lovely series, I am truly delighted to be here.

12:22 Today I am going to talk to you about sub-Neptunes. Sub-Neptunes are a type of planet we will explore further, and we are going to learn about these worlds that are so common and also see whether they might be habitable.

12:36 In any case, this is a popular science talk so that you can discover the field I work on here at the institute, and I would like to give you a bit of a historical perspective on the field.

12:51 Here we have an animation where we are going to see— it is an image of the night sky, where at the top we're going to see how the year changes and here the number of planets will appear that have been discovered over the years. We have dots that will appear across the sky in different colors, and the colors represent the technique that was used to detect that particular planet.

13:18 As you can see, at the beginning, in the decade from '95 to 2005, most of the dots are red, distributed all across the sky. And as the years go by, especially from the year 2010, 2011 onward, a bulk of discoveries starts to appear here, reaching more than 1,000 in the year 2014, 2015, in a very specific region of the sky, made thanks to the Kepler mission.

13:47 We also have other planets of another color detected with a different technique in the center or toward the center of the galaxy.

13:55 And in the year 2022, the milestone of 5,000 discoveries was reached of exoplanets, planets outside the solar system. And this is an animation made by NASA that was presented in 2022, and last year we reached 6,000 discoveries in the month of November.

14:15 What have we learned from these more than 6,000 discoveries? Well, mainly that the diversity of exoplanets we have discovered is beyond our imagination.

14:25 Here I'm going to show you a diagram; there will be different diagrams throughout the talk, but I'll try to explain all of them as best as possible. Here we have a diagram in which the mass of a planet is plotted on this vertical axis, and we are in Earth-planet units; this symbol is the symbol for Earth.

14:46 And here we have the orbital period of a planet. The orbital period is simply the time it takes a planet to complete one full orbit around its star.

14:55 And I've placed a star here representing the planets of the solar system in this diagram. So here we have 10 to the power of 0, which equals 1. Earth has one Earth mass and has an orbital period of 365 days.

15:09 And the rest of the planets in the solar system are in this diagram. We have the rocky planets, the inner solar system, and the outer solar system, the gas giants: Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune.

15:21 On this same diagram I'm going to show you the 6,000 exoplanet discoveries that have been made over the last 30 years. And as you can see, except for the planets that are similar to Jupiter, most of the discoveries made to date are not similar to the planets in the solar system.

15:43 That doesn't mean that the planets of the solar system are rare or uncommon. It means that the techniques we use to detect planets haven't allowed us to discover planets like those in the solar system, except those similar to Jupiter or Saturn.

16:02 However, we have been able to learn a lot about these planets. Here they are, just like in the first animation I showed you, colored according to the technique used to discover them. And you see that there are basically two large families. There is a large family of blue dots, which are roughly in orbits that are shorter than a year, that is, planets that take a year or less to orbit their star. Here there are different types of stars mixed together in this diagram; they are not only stars like the Sun.

16:34 And then there is another large family, which are these orange dots detected with another technique, which are at all distances, but mainly there seems to be a sort of diagonal line separating them.

16:47 What we see is that there are roughly three large families of planets that have been discovered to date. There is a family of planets that have a mass similar to Jupiter, that is, they are at the same height in this diagram, but on very short orbits. This is one day. There are planets as large as Jupiter that complete an orbit around their star in one day. A year lasts one day on those planets.

17:12 This is what we call hot Jupiters. They are planets the size and mass of Jupiter, but located very, very, very close to their star, and that's why they have temperatures of thousands of degrees.

17:23 Then we have another family of Jupiters like ours, what are called cold giants, cold gas giants, "cold Jupiters," and here we also have a family of discoveries, mainly with one technique, the radial velocity technique.

17:37 Why? Because this is the oldest technique. So we need years, several decades of data, to be able to make this type of discovery. We don't reach any further in this diagram with these kinds of discoveries because we have only been observing since '95 and trying to discover exoplanets. So we are limited to detecting planets with a period of at least about 30 years, a little more, a little less.

18:07 And then there is a large family of planets here that have a mass between Earth and Neptune, which are the most numerous, and which are found both in orbits similar to Earth's and in very short orbits. And these are the planets I mentioned in the title, which we generally call sub-Neptune type planets.

18:28 Yet we have discovered planets as low-mass as Mercury, we have discovered planets that are 10 times more massive than Jupiter, planets that are dozens of years away from their star. We have discovered many types of planets and we have used all these kinds of techniques, although the two main ones are the blue dots and the orange dots.

18:48 How were the blue dots detected? With a technique called the transit method. And a transit is nothing more than trying to detect eclipses beyond the solar system.

18:59 Now we have the eclipse of August 12 this year, which will be visible in northern Spain, in which the Moon will pass between Earth and the Sun and block the Sun's light for a few minutes.

19:14 With exoplanets we do the same thing. And this transit technique consists of finding a star that has a planetary system around it that is perfectly aligned with our line of sight. If it is perfectly aligned with our line of sight, the planets, when they pass in front of their star, will block the light reaching us from the star for a moment, and then, when the planet is no longer in front of the star's surface, the star's light will return to what it was.

19:47 When this happens periodically, we can discover that there is a planet around this star, what the size of that planet is, and how long a year lasts, how long it takes to complete an orbit around that planet. We can measure those three things.

20:03 We have a complementary technique in which, instead of taking images of the star with a camera and measuring the star's brightness over time, we can measure the spectra of a star over time. What happens? In a planetary system most of the mass is concentrated in the star and a planet mainly revolves around the star. But the gravity itself, the mass of the planet itself moves the star slightly. It is a much smaller motion, but gravitational force is still exerted between the two. And the planet does not orbit exactly around the star, but around an imaginary point called the center of mass of the system. Since the center of mass of the system is not exactly at the center of the star, the star also orbits around this point. What happens when we have a star moving in an orbit from our point of view? Well, if we take a spectrum of the light coming from the star, we can measure something called the Doppler effect. The Doppler effect is the same effect observed with ambulances driving down the road: when they approach us the sound is very high-pitched and when they move away from us the pitch gets lower and lower. When the star approaches us, the light shifts to higher frequencies, moving toward the blue. Light is a wave, just like the sound wave coming from the ambulance. So, when the star moves toward us, the spectrum is compressed, shifting toward the blue, and when it moves away from us, it shifts toward the red.

21:44 That is what you are seeing represented here. If we have a spectrograph, an instrument capable of measuring with high precision the spectra of the star, and we take many spectra over time and see that the star moves away from and toward us from our vantage point, we can infer that there is a planet orbiting it, we can infer how long it takes for the planet to complete an orbit around the star, and we can measure its mass. Earlier, with the previous technique, we measured the size of the planet, and with this technique we measure its mass. They are complementary techniques and are responsible for most of the discoveries that have been made.

22:22 But what have we learned from more than 6,000 discoveries over the last 30 years? Well, the most important result in the exoplanet field is, in my view, that the most common type of planet in the Galaxy does not exist in the Solar System. And this is a finding we have thanks to NASA's Kepler mission, which launched in 2008 and whose major discoveries came in the early 2010s.

22:50 And this is the most important diagram ever produced in the field of exoplanets. What we are seeing here is the number of planetary discoveries made with the Kepler mission, with this space telescope that uses the transit method. In other words, we are measuring the size of the planets, "planetary radius", the radius of a planet. And we have discovered planets ranging from the size of Earth to that of Jupiter, on this bottom axis. However, the important thing about this diagram is that here, in this histogram, what is plotted is not the number of discoveries. In the first diagram I showed you, I plotted 6,000 points on the image, and you saw that there were a great many Jupiter-like planets, a large cluster of hot Jupiters and cold Jupiters as well. Yet Jupiter-like planets orbiting Sun-like stars are not very common, especially those at short orbital distances, like the ones in this diagram. Still, we detect them very often because they are the easiest to detect. What makes this diagram important? That here, on the y-axis, on the vertical axis, we have corrected for how easy or difficult it is to detect a planet with that telescope. Therefore, what we actually have is a statistical insight into which planets are the most common orbiting Sun-like stars. We are not plotting how many planets we have detected around Sun-like stars, but rather which planets are the most typical around Sun-like stars,

24:32 based on our discoveries, but taking into account that some planets, such as terrestrial planets, are extremely difficult to detect. Even though we have detected very few, they are so difficult to detect that... Do you see how it has the shape of two peaks? This is called the radius valley. Between the two peaks, there seems to be a dip for planets that appear not to exist. Traditionally, planets of this size—comparable to Earth or slightly larger, between one and one and a half times the size of Earth—have been called super-Earths, along with another family of planets, two to three times larger than Earth, called sub-Neptunes.

25:18 Sub-Neptunes make up the majority of this population, yet their origin and composition remain a mystery. Super-Earths genuinely appear to be just slightly larger Earths: they seem to form in the same way and possess a similar composition. With sub-Neptunes, however, we are completely at a loss.

25:40 And two main hypotheses have been put forward to explain their origin. One is that sub-Neptunes are dwarf giants or gas dwarfs. It is like taking Jupiter and shrinking it to two or three times the size of Earth. This has been the leading theory over the last ten years. When this result was first presented to the community, they said: "These planets are like slightly larger Earths, and these are like slightly smaller Jupiters." What this theory primarily states is that these planets are like Earth, but capable of retaining a hydrogen and helium atmosphere, like Jupiter or Saturn, for a very long time. They have a rocky core and a massive hydrogen atmosphere that accounts for roughly 1% of the planet's total mass, an incredibly large envelope that doubles or triples the planet's size compared to having no atmosphere. To form with these properties, they need to form very close to the star, right where we detect them.

26:45 The other theory is that these worlds, the sub-Neptunes, are water worlds. This theory was the first to be proposed on a theoretical level in 2004 to explain the nature of sub-Neptunes and super-Earths. It had been proposed in 2004, but there had never been any evidence that they existed in nature. Thanks to my research and that of other colleagues, it is a hypothesis that has experienced a strong resurgence, and it is the paper Emilio mentioned in the introduction. What is this type of planet? It is a planet where we do not know exactly how water is distributed internally, but we require that water account for at least 20 to 50% of its total mass. Water in various states: vapor, ice, liquid, in whichever form. And we should think of them as essentially a giant version of comets. Comets have always been described as dirty snowballs. They form far away from the star, where the available water exists as ice, and they are a mixture of rock and ice. They are these dirty snowballs that, when approaching the Sun, produce those spectacular tails of water vapor. For these planets to have properties so similar to comets, they must form where comets form, in the outer regions of stellar systems, yet we detect them very close to their host star. That is, they must have formed out there to acquire this composition, but later they must have migrated to the inner parts of the system very rapidly.

28:26 And that is what the community did not believe was possible.

28:33 What problem do we face? That for most of the planets we know, and in the previous diagram, the only piece of information we have is their size, because we discovered them using the transit technique, through eclipses. We can determine the length of a year and their size, but that is all we know. So, we have here the same type of planet if we only look at the size. However, if we knew what the density is, we would have a much clearer idea of the planet's composition. If we combine the size with an independent measurement of the mass, we will be able to get an idea of the bulk density of the planet and its composition. These are two balls of the exact same size, but we know very well which one not to kick barefoot.

29:27 What has been done in the last decade, and what my PhD thesis and subsequent work have consisted of? Most discovery studies have been carried out using the transit method and these missions: NASA's Kepler mission and TESS mission, and also the European Space Agency's CHEOPS mission. However, with ground-based telescopes and spectrographs that can use the other technique to measure mass, instruments like MAROON-X in Hawaii, HARPS in Chile, or CARMENES at Calar Alto, built at the institute... ESPRESSO in Chile and HARPS-North in La Palma, with this kind of high-resolution spectrographs, which is what we need on telescopes at ground-based observatories, we can combine size with mass and calculate the densities of these planets for the first time.

30:17 And this is something that couldn't be done until the last ten years. And where the most progress was made was on planets orbiting red dwarf stars. Why red dwarfs? Because they are smaller, less massive, and cooler stars than the Sun, and this makes all the techniques we use to detect planets much easier. So, we measure the sizes and masses of planets, even the smallest ones, even planets like Earth.

30:46 The paper Emilio referred to, which I wrote here after finishing my thesis at the Institute, during the pandemic, was this paper where we revisited all the discoveries that had been made of planets around red dwarfs and measured their densities for the first time. And this is a result that was published in 2022 in the journal Science.

31:10 This was all of it: in the summer of 2021, these were all the planets discovered around red dwarfs that had measurements of both their mass and their size. And what we identified was that there were, so to speak, two families.

31:23 This is not a fit. These lines I'm plotting here are theoretical models of what happens if we take a planet like Earth, which would be the green line... Here Earth is plotted for reference, right? One Earth mass and one Earth size: Earth. If we took a planet like Earth and kept its composition, and made it larger or smaller, Earth would move along this line. It maintains that ratio. If you keep the exact composition of Earth, how much iron is in the core, how much molten rock is in the mantle, everything, and we make it larger or smaller, it would move along this line. And we see that there are many planets orbiting red dwarfs that seem to follow that same composition: they have the same density as Earth, even if they are two or three times more massive than Earth. It seems they all have the same composition.

32:19 However, there is another family of planets that have half that density. That is, a toy planet. This line represents a toy planet made entirely of half water and half rock. And if we take that toy planet and make it larger or smaller, we would get planets that fall along this line. And if we took this line and, instead of an Earth mass, went down to the mass of a comet, we would see that comets are all right here, on that line. Halley's Comet would lie on that line, though we would have to go way down here, because its mass is just a few kilograms.

33:00 What happens? It turns out that there seem to be many planets in nature that have this composition, a composition of half water and half rock, similar to that of comets, Jupiter's moons, and other bodies. And that was the surprising part. This was the first observational evidence that water worlds exist in nature and that we have families of planets with distinct densities: we have a large family of rocky planets, similar to Earth; we have a large family of planets, water worlds, with a very well-defined density that is half of Earth's density; and then we have slightly larger planets that do require hydrogen in their atmospheres to account for their size.

33:43 Even though water worlds seem to exist around red dwarf stars, we are still not sure whether sub-Neptunes in general are truly water worlds or if they are these dwarf giants or something of that sort.

33:58 I haven't translated this slide into Spanish. No problem, it's just what I've explained in words.

34:04 And why does this happen? It happens because the measurements we can make of an exoplanet, the quantities we can measure, which are its size and its mass, are, as it's known, degenerate with internal structure models. What does this mean? We have two known quantities, size and mass, but we need to infer three quantities: we need to know roughly how much iron there is, how much water there is, and how much hydrogen there is. So we end up with a diagram showing the planet's mass here and the planet's size there. We have a planet we discovered, whose mass we measured with this value and this error bar, with this uncertainty, with this size and with this uncertainty, yet we can explain its internal composition using models that are completely different from one another, which can fit the data perfectly well, but where the composition is obviously different. And that is why we use these ternary diagrams. We have two quantities we know, but three things we want to determine, and we cannot do that. This is what is called a degenerate problem in mathematics.

35:15 And we could have an explanation for this planet where it is primarily made of iron with a lot of hydrogen, we could have a planet that is half rock and half water, or we could have a planet that is practically all water. Those are obviously different types of planets, which would be very different from each other, yet all have the exact same density.

35:36 What happens then? What would happen if we could observe a planet's atmosphere? The atmosphere in each of those three cases should be different. If it's a planet with no hydrogen, well, we shouldn't see hydrogen in its atmosphere, or if it's a planet mostly made of water, then we should only see water in its atmosphere. So, this is what we do now thanks to the James Webb Space Telescope. And I have a video here so you can see how an exoplanet's atmosphere is observed, how it's studied.

36:08 These are animations—the labels are in English—but basically what we do is take a planet and we want to study the chemical composition of its atmosphere. So we take one of these planets detected using the transit technique, which pass in front of their star and block its light. But instead of only looking at the star, at the light blocked by the planet that doesn't reach us, we are going to look in great detail at the filtered light, the tiny amount of light filtered through the atmosphere before reaching us, and we are going to use the James Webb Space Telescope to look at it.

36:43 So we have a planet that is roughly a thousand times smaller than its star, and we use a telescope like the James Webb Space Telescope to collect... We know the light coming from the star very well: we pass it through a prism and obtain the spectrum. We know the spectrum of a star; whether it has planets around it or not, we can study it. And we look in the visible range and, with the James Webb Space Telescope, in the infrared as well. And we take the light coming from the star, pass it through a prism, and part of this light will pass through the planet's atmosphere. What happens to the light? Due to the chemical composition, it will absorb some wavelengths and not others. And depending on the missing light among that which passed through the atmosphere, we will know what it is made of. By comparing the light that should reach us with the light that actually reaches us, we can determine the chemical composition of the planet's atmosphere. And from this we can infer if there is water, if there is methane, if there is carbon dioxide, and we can do this for many types of planets.

37:52 However, observations of planetary atmospheres also suffer from these degeneracies. And particularly back in the era of the Hubble Space Telescope, which was the first time this could be done—though for larger planets, for Jupiter-like planets— there is a degeneracy, a family of mathematical solutions that explain the data in the same way, equally well, but with different compositions. And this happens because we can add water to an atmosphere or we can place clouds at different altitudes, and the data look identical.

38:28 We also have a lot of uncertainty, because of these planets that do not exist in our Solar System, about what their chemical composition is, what their internal composition is, and all these matters. And one of the most active fields of research right now regarding this type of planet, sub-Neptunes, is what happens to water under the pressures and temperatures found in these kinds of planets. And one of the things that seems to happen is that water and hydrogen mix into a homogeneous fluid, just like mixing alcohol with water, right? We cannot tell where the water is or where the alcohol is; it is entirely a homogeneous mixture, and that seems to occur in the hottest sub-Neptunes.

39:07 Furthermore, we also do not know exactly what happens to the water, because if we have a planet that at its base is primarily rocky, the atmosphere above exerts such pressure on the rocky surface of the planet that it causes the rock to melt, and what actually forms is a magma ocean, right? What happens with this magma ocean? We can dump as much water as we want into the magma, without altering its properties. It still looks like magma, but it can contain large amounts of water without changing its physical properties. So knowing where this water is hiding is also a major question right now, one that is receiving significant attention both theoretically and in the laboratory to try to understand it.

40:00 Well, what can we do then? Everything is a problem with these planets.

40:09 Well, that's why we hire people who are smarter than us. And we have a research group here at the IAA funded by the European Research Council. We have two PhD students, Yue Yu and Pierrot, who come from China and Canada, and two postdoctoral researchers, Pedro and Nicholas, who come from Portugal and the United States. And this European Union-funded project is designed to break these mathematical degeneracies to learn more about sub-Neptune-type planets.

40:43 And what are the questions we are trying to answer? We want to know whether sub-Neptunes are water worlds or not; whether water worlds, which we believe exist at least around red dwarfs, also exist around Sun-like stars, where they are so common; what their atmospheric composition is, what their internal composition is; and if both types of planets exist, in what proportion they occur and how they depend on other properties of the system.

41:08 The project is mainly based on using data from the best telescopes in the world: the James Webb, which was launched at Christmas in 2021 and has been providing us with data for only four years, and a statistical analysis of a population. What happens is that the degeneracies I mentioned, which exist both for determining the chemical composition of their atmospheres and for measuring the planet's internal composition and structure, cannot be resolved for a single planet. For an individual planet, we discover it, measure its properties, and we are never going to know exactly whether it has more water or less water, or if it has more hydrogen or less iron; we just will not know. But when we carry out population studies, there are some things that give us an idea of what the most common type of planet is.

41:56 And we have different working groups: one dedicated to studying atmospheres, another dedicated to measuring densities, and another working group dedicated to doing this statistical analysis. And I am going to briefly walk you through the atmospheric part in more detail.

42:10 Why do I want to tell you about the James Webb? The James Webb is the most powerful telescope currently in existence in the world for studying objects that shine or emit light in the optical and infrared. There are other, more powerful telescopes at other wavelengths, such as the Event Horizon Telescope, used to detect black holes and produce the famous image of a black hole, but those are telescopes observing at other wavelengths. For the optical and infrared, we have the James Webb Space Telescope. And why is the infrared so important? Because the infrared is where the typical molecules of planetary atmospheres are found, and we can detect them.

42:50 And here we have the most famous sub-Neptune of all, which is K2-18 b. And these are observations published in 2023, and it is the first spectrum of the atmosphere of a sub-Neptune-type planet. And for the first time, this could be done. This in itself is already an incredible discovery. And it was detected that methane was very abundant in this planet's atmosphere, and there was also carbon dioxide, and a molecule that sparked a lot of discussion, which is this one: DMS, dimethyl sulfide, I think it is called in Spanish, dimethyl sulfide.

43:31 And this detection of this molecule led to this New York Times headline, which echoed worldwide: "Astronomers detect a possible sign of life on a distant planet. More studies are needed to determine whether K2-18 b, orbiting a star 120 light-years away, is inhabited or habitable."

43:56 This detection... Had you heard this news? Do you remember this news?

44:04 Well, this news broke in April 2023, but the astronomers on this paper stated that it was not a truly robust measurement. So they said, "It seems we have detected something, but we are not sure." Yet in 2025, last year in April, they announced with great fanfare that life had been detected, or that these were the most significant signs of life.

44:31 So, the following month, I published this paper with my colleagues from the University of Chicago, where I used to work, in which we state that there was no evidence that the detection of this molecule, dimethyl sulfide, was present in this planet's atmosphere. And it was not just me saying it. There were all these papers published over the following months, which demonstrate how science works. Major results require strong scientific evidence and, obviously, the scientific community did not quite agree with this result.

45:09 So, for the planet K2-18 b, we are still far from detecting biosignatures because the astronomers in this paper only analyzed these data. And with these data alone, they only found that there was probably a detection of this molecule. However, when you take all the data that the James Webb Space Telescope had gathered for this star and this planet and put them together, you see that it is true it has methane, it is true it has carbon dioxide, but it is not true that it has dimethyl sulfide.

45:42 And surely you might not have seen this headline, but the same New York Times writer who wrote that there were signs of life had to write another article a month later saying that new studies refuted the signs of life on a distant planet. And then, a few months later, with further James Webb Space Telescope observations taken that summer, last summer, they reported that the evidence or clues for life are receding even further.

46:15 In the field of sub-Neptunes and using the James Webb telescope, results are published almost every day, and there are many sub-Neptunes showing large amounts of volatiles, light elements, mainly water in their atmospheres. It seems that this water world hypothesis also holds and is being observed in the atmospheres of these exoplanets. And this is something totally new, something where every day we have to check online for new papers to learn more.

46:45 And as for the research group I lead here at the IAA, we are the research group worldwide with the most data from the James Webb Space Telescope to study sub-Neptunes. These are programs that are already underway. We have programs that will study sub-Neptunes as a function of their age, at different ages to see how their atmospheres evolve. We are also going to study sub-Neptune-type planets that are very hot, in which this lava ocean plays a predominant role in the planet's chemistry and composition. And we also have other programs focusing on intermediate ages.

47:25 But the most exciting program is one that was recently approved, called IN/AT-SYNC, a 200-hour program approved a few months ago, for which I am the PI. And this has been the largest program approved with the James Webb Space Telescope in this cycle. The second largest was also awarded to the IAA: Rainer Schödel, who is the institute's deputy director, was also awarded a program. Of the ten large programs approved on the James Webb Space Telescope this year, two are led by the institute, which is incredible, given that a record has been set for people requesting observing time with the James Webb. So it has been the most difficult year to obtain time, and the institute has been the best. The best.

48:11 What makes this program special? This program is special because it will study sub-Neptunes orbiting Sun-like stars for the first time. Everything we have done before and shown you earlier has always been with red dwarf stars; this program is going to do it with solar-type stars. Furthermore, it will study a type of planets that are in what are known as resonance chains.

48:31 And the prototype of this system is HD 110067, which was a discovery paper on this system that we published in the journal Nature in 2023. And here you have a simulation of what the orbits of this system look like: a system orbiting a Sun-like star, where there are six sub-Neptunes whose orbits are perfectly synchronized. This is something very, very rare in nature, but we believe that all systems, when they are born, form this way; that when planetary systems form and there is still dust and gas in the disk where they take shape, they are always trapped in these resonant orbits, which are synchronized. Synchronized in the sense that a planet closer to the star completes two orbits while the outer one completes one, right? So they always meet every two orbits. And here we have it. In this case, these are orbits related 3:2 and 4:3 to each other. That is, for every four orbits of this inner planet, the outer one completes three, and so on.

49:39 This was a very rewarding result to write up and produce, but it also had a huge impact, and for me, the proudest moment of my career was when Buzz Aldrin wrote this tweet saying that he was very impressed by the discovery and that it had been a very beautiful discovery, and very moving, and encouraging people to read the scientific paper and urging us to keep discovering. So, we are going to study this planetary system for the first time with the James Webb Space Telescope, and thanks to this, we will be able to truly learn how sub-Neptunes form, what properties they have when they form, and how they evolve.

50:22 The other pillar of the project involves planetary density measurements, where we measure size and mass. For the mass, I told you that we needed this other technique that requires ground-based telescopes. And for that, we have more than 650 hours at different observatories around the world. We have time in Hawaii, Chile, the Canary Islands, Calar Alto... And recently we obtained an additional 300 hours with the VLT telescope, using the ESPRESSO instrument, a program that began taking observations in May this year and will continue doing so until May next year. And we are going to have nearly 1,000 hours to study 42 planets, and we will measure the mass and density of 42 sub-Neptunes that had not been studied before. And this will double the total number of sub-Neptunes with these measurements, right?

51:17 And why do we need to have a large sample? We need to expand the sample across all temperatures and stellar types. Here you have some of the papers we have already published with this sample, and we still have more to do. But this is a necessary step because, as I told you, for an individual planet we cannot resolve its internal structure, but when we have a population, we can.

51:42 And this is the other pillar of the project. This is a theoretical study in which we use a computer code that takes into account all the physics, or nearly all that we can include, for planet formation. We take tiny pebbles, put them in, and let them evolve over billions of years, and they grow, accumulate, accrete, planets form, some planets collide with others, others do not, others survive... And we do this thousands of times. And we create these colorful patterns here, and we generate planet populations with different masses and different sizes that can form around, for instance, a solar-type star. And we can compare that with the real sample of planets that we know and have measured, which are the red dots. You can see that these distributions are different from the models; what is shown in color is different. And this can also change depending on the type of star. For solar-type stars it is like this, but for red dwarf stars it is like this. And we have these codes that we can modify, and one of the things we can modify is the composition of the sub-Neptunes. We can have the water mixed with the rock, we can arrange it in layers, all separated, we can assume that the atmosphere escapes but a fraction remains... We can do a lot of things on a theoretical level, and that gives us different populations. The population that most closely resembles reality will tell us what type of planet it is,

53:07 which of these compositions is closest to nature to explain sub-Neptunes.

53:16 And this is pretty much the entire project. And I want to highlight why we are doing this now. We are doing this now because sub-Neptunes are very complex planets, because, having none in the solar system, we cannot send a probe, or have ultra-detailed instrumentation to study them in depth. We need to study these planets indirectly through exoplanet studies.

53:40 And to start learning about these planets we need to know their size, which requires space telescopes; we need to know their mass, which requires ground-based telescopes; and we need to know their atmospheric composition, which requires the James Webb Space Telescope. And this is something where everything is now up and running.

54:01 So we are seizing what is called 'the water world opportunity', right? 'The water world opportunity', which is a moment right now in history when we have all the tools to study this type of planet. What is the issue? That with the tools we currently have with the James Webb Space Telescope, although we can study the atmospheric chemical composition of sub-Neptune-type planets, even orbiting stars like the Sun, we cannot do it for planets like Earth. It doesn't have—even though the James Webb is wonderful— we don't have the capability, the precision needed to study an Earth-like planet that had liquid water orbiting a Sun-like star. We don't have it; we need new telescopes.

54:44 So, this is an opportunity to search for life beyond the solar system on planets—the sub-Neptunes—that could harbor large amounts of water.

54:54 And why do we do this? This is a simulation of the solar neighborhood. Here we have Earth in the center and next to it there are planets, and these planets are not placed randomly. These planets are actually placed based on the discoveries we have made and on the two-peak diagram I showed you at the beginning. You see there are very large dots here, right?, very large planets, which are Jupiter-like planets. There are many, but fewer than small planets, right? There are many small planets. Also, the ones colored red are those that orbit Sun-like stars. You see that planets orbiting Sun-like stars are less common than the gray ones, right? There are fewer because the most common type of star in the Milky Way are red dwarfs. So most planets orbit red dwarfs, and most planets are small. Even so, the number of exoplanets out there is so large that if we take this diagram and look only at those in the front row, we could have up to seven candidates—planets like Earth orbiting Sun-like stars— in the literal neighborhood of the solar system, right? Even though there don't seem to be many of these dark red dots, there are enough when we look at the galaxy to do so.

56:20 What is the issue? That to study the atmospheres of this type of planet, we cannot do it with the technology we have now. That's why we study sub-Neptunes: they are larger, their atmospheres are easier to detect, and they could have water, which right now is the main prerequisite to search for life. But if we truly wanted to study these Earth-analog planets, we would need new missions that are beginning to be built, and one of them is NASA's Habitable Worlds Observatory, and another is LIFE from the European Space Agency, or supported by the European Space Agency.

56:52 These are missions being designed to truly see light from an exoplanet directly. Everything I've told you about is indirect: either the planet passes in front of the star and blocks the light, or we take the star's spectrum and look at it, but we don't look at the planet directly. Why? Because planets do not shine with their own light. Planets only reflect the light reaching them from their star. But they reflect one out of every billion photons reaching them from their star. So, to be able to measure a planet's light directly, we need to be able to distinguish one photon in a billion. That is like trying to spot a firefly in a stadium— but not just one, but taking several stadiums, taking all the floodlights and putting them all together, and trying to spot a firefly right next to the lamp. It is a very complicated thing, but it is being done right now; these concepts are under development that will be able to do it for the first time, and to me, sometimes it almost seems like science fiction.

58:02 So, I will end my talk here and leave you with some final take-home messages. That the origin and nature of sub-Neptunes remains a mystery; it is something we are investigating now. They are the easiest planets to form, the most common in the galaxy, yet they do not exist in the solar system. It must have something to do with the properties of our solar system, which doesn't seem to be so common. We need masses, sizes, atmospheric studies, everything to understand their properties; plus, we have to do it for many of them.

58:36 What is the key advantage, or why are they so interesting? Because if they are indeed water-rich, sub-Neptunes would be ideal candidates, and simpler than Earth analogs, to study habitability, to provide a window into the search for life beyond the solar system, and to do so more quickly, with telescopes and instruments we already have.

58:58 So the THIRSTEE project, through which my research group is funded, we have developed a pathway, we have secured a lot of telescope time to improve our understanding of sub-Neptunes observationally, in terms of measuring their properties, building catalogs. But what is done with those catalogs of planetary measurements is something that other colleagues, with theoretical studies, laboratory studies, mathematical and algorithmic studies, along with geophysicists, with chemists, will have to use those data to draw conclusions about how these planets actually form, how they evolve, what their internal structure is like, and all that.

59:40 So I'll leave it here, and if you have any questions, I'll be happy to answer them. Thank you very much.

59:46 [Applause]

59:59 Well, if there are questions...

1:00:05 First of all, thank you very much for the talk, which was extraordinary, but I wanted to raise a question I've always had, which is: I know science never talks about this because we haven't detected them yet, and science doesn't like to talk about what it hasn't detected, right? But empirically I assume they are out there, which are exomoons, right? We never talk about them, but I assume they must be there. And the question is: can those exomoons alter the measurements that we are taking of those planets? Because in the end they have mass too, and the resolution we have is so small that often maybe... Maybe for a Jovian planet with seven moons it doesn't affect it much, but perhaps for a super-Earth surrounded by four moons, well, it might be giving us a higher mass value... I'm just giving one example, but there could be more. So, is that being taken into account?

1:01:06 Well, that's an excellent question, regarding a research field that unfortunately doesn't have many people working in it, nor has it had much success observationally in achieving it. There were high hopes for the James Webb Space Telescope in its early years that it would be able to detect exomoons using the transit technique. Why? Because the precision of the James Webb Space Telescope was so high, it was able to achieve such high photometric quality, that it was thought that if we observe systems for long enough, before it passes in front of the star and after it passes the star, over an extended period, we might be able to see the moon transiting before the planet came or after. It hasn't been achieved. And what happens with that? It has set a size limit, a maximum size for moons. So we know that... An Earth-sized moon? That doesn't seem to be common in nature. That is, that a planet, despite the existence of planets as large as and larger than Jupiter, which could perhaps have moons as large as Earth, we would have detected that by now. Of that, we are one hundred percent sure: no. Are there smaller moons, or Mars-sized or smaller? Still, despite how extraordinary the James Webb Space Telescope is, we don't have the sensitivity and precision to make that measurement. So right now we have a lower limit where moons can be like Mars or smaller, and we are not capable of detecting them.

1:02:48 Will it be possible in the future with other missions? Yes, it can be improved. But here we are primarily limited by the variability of the star, from which we have to infer and extract that a planet or a moon is passing in front of it. So, understanding the star right now is the main problem or the main obstacle to understanding planets today. And that is why here at the institute, for example, we are trying to create more synergies and talk more with people who specialize in the Sun, in stars, stars of different types, because they know stars well, they know the magnetic activity of stars well and how that affects the measurements we usually take to detect planets. But we have already reached a level of precision where what prevents us from going deeper is the star's own variability and the very things happening on the star's surface. And when it comes to moons, we are limited by this. One thing I was hopeful about was that a time will come when we have enough spatial resolution with our telescopes... The telescopes will be so large that, for some systems very close to Earth, the star and the planet will be sufficiently separated so that in the sky I can place my telescope's fiber either on the star or on the planet. So, if I were able to place my fiber directly on the planet, what I would be measuring is a variation in gravity, in the planet's wobble due to the moon. And that's something that I think, once the ELT telescope

1:04:34 in Chile is built, could be an experiment that can be done for the first time using a different technique. The other technique that I think will be the first to successfully detect exomoons is the gravitational lensing technique. Because now with the Roman Telescope, which will launch late this year, it will discover a great many planets using the gravitational lensing technique, and the gravitational lensing technique really doesn't care how large the planet or moon is. What it needs is to be at the right distance, and it is very sensitive to planets and very small masses. I think a relatively massive moon might, with the gravitational lensing technique, be detected in the coming years. But it's something that not many people work on either, I think also due to the disappointment of these initial searches. But it's an excellent question, and it's possible that there is a bias in our measurements of many systems, because we believe they have a larger size than they actually do, because what we are actually detecting is...

1:05:35 The combined mass.

1:05:36 Exactly, the combined mass or the combined size. Excellent.

1:05:46 Does the amount of mass the planet has during transit, does the difference in mass also cause a difference in the wavelength coming from the star?

1:06:00 No, it's not related, because the only thing the planet does... The way the planet affects the star and the star's spectrum is by moving it back and forth. Anything that isn't a forward-and-backward effect has to come from other things, and it mainly comes from the star itself. If the star has spots, flares, prominences, they emit different wavelengths that could be confused with a planet, but we know that doesn't happen periodically as it would with a planet, because the only thing the planet does is pull the star back and forth, but it doesn't change the properties of the light coming to us from the star. When we do what we do with the James Webb, yes, because some of the light coming from the star filters through the atmosphere, and there its properties do change. That part, yes. But regarding what you mentioned about the mass measurement, no. All we do is move the star back and forth.

1:07:13 Well, first of all, congratulations on your work and on making the difficult seem easy. For me, since I am a biochemist, I'm interested when you mention that sub-Neptunes are good candidates for life because they are likely water-rich worlds, right? But is there anything else that makes them such good candidates for habitability studies?

1:07:37 Probably not. Probably not, because these are the easy planets right now to observe and detect. However, one of the hypotheses for life to emerge on Earth seems to require having surfaces, having chemical reactions take place in a small lake where there is some kind of land or solid surface for the chemistry of life to emerge. We also see in comets and minor bodies of the solar system that there is an extremely complex chemistry, and that probably also happens on the surface of the comet. These planets most likely do not have a surface. Most likely, if they are at the right temperature for part of their water to be in liquid form, what they form is a liquid water ocean kilometers and kilometers thick, where there is no way for a surface to break through and form. Or not, because these are also worlds under such immense pressures and temperatures, due to having such a massive atmosphere above them, that it's likely that they might trigger volcanism, very significant volcanism that makes that lava perhaps rise, but whether it can solidify or not is very complicated. So, it's probable that maybe it can't... If having a surface really is an indispensable requirement for life to emerge, perhaps not. But solar system exploration will tell us, because we are going to go to the moons of Jupiter, we are going to go to the moons of Saturn to look at the subsurface water oceans, and there is no surface there. If in that place we could find life

1:09:28 or indications that the chemistry of life can take hold, perhaps it can also emerge in sub-Neptunes. But this is entirely on the theoretical level. We know very little about these planets.

1:09:42 Rafa, thank you very much. Thank you very much, because I thought it was an excellent talk. Before coming, I was telling my wife, because I hadn't heard any talk of yours, and...

1:10:01 And I told my wife: well, he might be a great researcher, but a poor science communicator. And I think you combine both sides, and that's not easy. Some people attribute it to Einstein, but whoever said it, it's undeniably true, which is that no one truly understands something until they can explain it to laypeople. And you did a phenomenal job. I had a wonderful time, and I must say you've sold exoplanets to me in a way that now makes it harder for me to criticize them. Criticize exoplanets and those of you who study exoplanets, right? So I really thank you for the talk, because it was very informative, very entertaining, and even though you showed many plots that might startle some people a bit, I think you explained them simply and fantastically.

1:11:12 Thank you, thank you, Carlos.

1:11:15 One more question? I did have two short questions.

1:11:19 Perfect.

1:11:20 The sizes of planets, the statistics of sizes... I mean the mass, not the sizes, the mass, is it still a power law?

1:11:30 It seems so. When you consider all of them across the planetary spectrum, if you go from planets to brown dwarfs and then continue to stars, it seems to follow a power law; that really the most common ones are the small ones, and the more massive you are, the harder it is to form, and so on. There seems to be something like a frequency peak of Jupiter-like planets at the distance where Jupiter forms. And that's because all stars have what is called the snow line. In planetary systems, mainly what exists in the universe is water and rock: smaller, larger, ice and so on. But when a star is forming, there is a temperature zone where that water evaporates and what remains is mainly rock, and in the region beyond, water survives as ice. And that separation at the ice line is an ideal spot where almost all the material accumulates. The material comes, arrives, and stays at that barrier, and at that barrier it is easier to form planets. And that is where Jupiters form. It seems that a maximum where it is ideal to form planets is reached at the ice line, and the most typical outcome is that it forms a Jupiter-type planet. Even so, this only happens in one out of every ten solar-type stars. But yes, it seems to be a power law, but an optimal point is reached for Jupiter-type planets. And why does it happen for Jupiter-type planets? The key number here is what is called the pebble isolation mass,

1:13:05 which means that you can accrete rock until you reach ten times the mass of the Earth. Once you accrete more, you already exert enough self-gravity that you sweep up all the gas around you and grow immediately. You go from being a super-Earth to a Jupiter; there is no middle ground. So there is a big jump in size. There are planets up to the size of Neptune, and then there is a jump to Jupiter-type planets. In between, there is nothing. If you have less, you lose it. If you are very close to your star, the star strips it away through evaporation and so on. Otherwise, you have to be larger to survive. And there is sort of a gap. In size, there really is a gap. But in terms of mass, it seems to be a continuous thing: you reach up to ten Earth masses and then it starts accreting gas, and then you have a continuum all the way up to stars.

1:14:03 And finally, dimethyl sulfide: why was this considered a trace of life in the atmosphere?

1:14:18 It is true that I haven't mentioned it. On Earth, dimethyl sulfide is produced by ocean plankton, solely and exclusively. Plankton in the oceans generates this molecule, which also happens to be what gives the sea its seaside smell. When it smells like the sea, that is what it is. In our paper, we focused on stating that this molecule had not been detected, and that, mainly, what was most likely detected was ethane. Ethane and dimethyl sulfide are exactly the same thing without the sulfur atom. But ethane is a natural consequence of breaking down methane with ultraviolet rays. So, it is more likely that in a methane-rich atmosphere, in the upper parts of the atmosphere exposed to ultraviolet rays from their star, some of those molecules break apart and become ethane. But ethane and dimethyl sulfide molecules are practically identical, except for the sulfur atom. And in a spectrum like this, at the resolution we are looking at, they are practically identical. Since dimethyl sulfide is an indisputable biomarker on Earth, it was used as an argument that on this planet, which is one of the strongest candidates to host a liquid water ocean beneath its atmosphere, there might be some kind of plankton or something producing this type of molecule in large quantities. We said that the molecule is not there. But even if the molecule were there, the leap of claiming that because of detecting that molecule

1:16:03 on a planet completely different from Earth, orbiting a star different from the Sun, that must be due to some kind of plankton or life living in that ocean, it would have been very difficult to convince the scientific community of that part as well. The process of biosignatures and the search for habitability beyond the Solar System involves many steps. One is the robust detection of these molecules, and another is the interpretation that it is solely due to life.

1:16:34 Exactly.

1:16:36 Well, Rafa, thank you very much for being here giving us this wonderful talk. You deserve another round of applause.

1:16:42 Thank you, my pleasure.