Microlente gravitacional

01 · Principio físico

Cuando una estrella fuente distante y un objeto compacto lente se alinean muy precisamente en la línea de visión, la gravedad de la lente curva la luz de la fuente — produciendo dos imágenes con separación angular ~ 2θ_E, el radio de Einstein:

θ_E = √(4GM × (D_LS / (D_L × D_S)) / c²)

Para una lente estelar (M = 0.5 M☉) en el bulbo galáctico (D_L ~ 4 kpc) con fuente al fondo (D_S ~ 8 kpc): θ_E ≈ 0.6 milisegundos de arco.

Esta separación es demasiado pequeña para ser resuelta por telescopios actuales — incluso JWST resuelve ~50 mas. Pero la amplificación combinada de las dos imágenes es observable:

A(t) = (u² + 2) / (u × √(u² + 4))

donde u(t) es la separación angular fuente-lente normalizada por θ_E. Cuando la lente cruza cerca de la línea de visión, A puede aumentar hasta factores 10-1000×.

02 · La curva de luz

Un evento de microlente tiene una curva de luz característica:

Estrella sin planetas

La curva es simétrica y tiene forma de campana — la amplificación crece, alcanza un pico cuando la lente está más cerca de la línea de visión (u_min), y decrece simétricamente. La duración total se llama t_E (tiempo de cruce del radio de Einstein) — típicamente decenas de días.

Tres parámetros caracterizan el evento sin planetas:

• t₀ — tiempo del pico de amplificación.
• u₀ — parámetro de impacto mínimo.
• t_E — duración del evento.

Estrella con planetas

Si la lente tiene un planeta orbitándola, su gravedad adicional produce una caustica secundaria — una región del plano fuente donde la amplificación es extrema. Cuando la fuente cruza la caustica del planeta, la curva de luz muestra una anomalía breve (horas a días) superpuesta a la curva estelar.

El análisis detallado de la anomalía revela:

• Razón de masas q = M_planeta / M_lente — de la duración y profundidad de la anomalía.
• Separación angular planeta-estrella s (en unidades de θ_E) — de la geometría de la anomalía.
• Combinando con t_E y otros datos → masas y separación física del sistema.

03 · Historia y desarrollo

Predicción (1986)

Bohdan Paczyński, astrofísico polaco, propuso en ApJ (1986) que la microlente gravitacional podría detectar:

• MACHOs (Massive Compact Halo Objects) — candidatos a materia oscura.
• Estrellas y agujeros negros oscuros del halo galáctico.
• Implícitamente, también planetas alrededor de las lentes.

Surveys MACHO (1990s)

Tres equipos comenzaron campañas de monitoreo de millones de estrellas en la Gran Nube de Magallanes y el bulbo galáctico:

• MACHO (EE.UU./Australia, 1992-1999)
• EROS (Francia, 1990-2003)
• OGLE (Polonia, 1992-, todavía operando)

El resultado en LMC: los MACHOs no explican la mayoría de la materia oscura — su contribución es < 10%. Pero los surveys descubrieron miles de eventos de microlente estelar y abrieron la posibilidad de detectar planetas.

Primera detección planetaria (2004)

OGLE 2003-BLG-235/MOA 2003-BLG-53 — un evento de microlente con anomalía característica de planeta. La interpretación: planeta de ~ 2.6 M_Júpiter a ~ 4.3 UA de su estrella anfitriona (una enana M).

Era moderna (2010-)

Los surveys actuales operan en modo coordinado:

• OGLE (Las Campanas, Chile) — el más antiguo, mayor base de datos.
• MOA (Mt John, Nueva Zelanda) — alta cadencia, complemento OGLE.
• KMTNet — tres telescopios (Chile, Sudáfrica, Australia) para cobertura 24/7.

Han descubierto más de 200 exoplanetas por microlente, incluyendo análogos de Júpiter/Saturno, super-Tierras y planetas helados.

04 · Información obtenida

La microlente gravitacional proporciona información complementaria a otros métodos:

Lo que mide

• Razón de masas q = M_planeta / M_estrella — directamente.
• Separación proyectada s (en unidades de θ_E) — directamente.
• Tiempo de cruce t_E — proporcional a √(M_lente).

Lo que requiere modelado adicional

• Masa absoluta del planeta — requiere conocer la masa estelar (de fotometría/espectroscopía) y la distancia.
• Inclinación orbital — generalmente no determinada.
• Periodo orbital — solo se mide la separación instantánea, no el periodo.

Únicas capacidades

• Sensible a planetas en órbitas amplias (0.5-10 UA) — donde tránsito y RV pierden eficacia.
• Sensible a masas pequeñas — hasta masas terrestres con surveys actuales.
• Sensible a planetas errantes — el único método.
• Distancia galáctica — detecta sistemas a kpc de distancia, complementando los catálogos del vecindario solar.

05 · Eventos no repetibles

Una diferencia fundamental con tránsito y RV: los eventos de microlente son únicos.

La alineación lente-fuente requerida es tan precisa (microsegundos de arco) que la probabilidad de que se repita es esencialmente cero. Cada planeta detectado es observado una sola vez — luego desaparece como información directa.

Implicaciones:

• No hay seguimiento posterior con RV o tránsito en la mayoría de casos (la lente está demasiado lejos y es demasiado tenue).
• La caracterización es completa al primer pase — todos los parámetros del modelo se determinan en el evento.
• Las estadísticas son cruciales — un planeta individual no es seguible, pero miles de eventos producen una imagen estadística de la población planetaria.

06 · Planetas errantes

Una capacidad única de microlente: detectar planetas sin estrella anfitriona.

Origen

Los planetas errantes (FFP) probablemente fueron expulsados de sus sistemas natales por:

• Interacciones planeta-planeta durante la formación temprana (escenarios de inestabilidad).
• Encuentros estelares cercanos que perturban órbitas exteriores.
• Formación directa desde nubes moleculares colapsando (mecanismo de masa subestelar tipo enana marrón).

Las simulaciones predicen que la galaxia podría contener tantos FFPs como estrellas — quizá miles de millones de planetas errantes.

Detección

Los FFPs producen eventos de microlente solitarios sin curva estelar primaria — la fuente y la lente son ambos compactos y la curva es simétrica de corta duración (horas a días para masas terrestres).

Resultados

• OGLE-2016-BLG-1928 (2020): primer candidato firme a FFP de masa terrestre. Duración del evento: 41 minutos. Implica masa entre Marte y Tierra a varios kpc de distancia.
• Otros candidatos detectados por OGLE y KMTNet sugieren que los FFPs son abundantes — pueden ser tan numerosos como los planetas en órbita.

07 · Limitaciones

A pesar de sus capacidades únicas, la microlente tiene limitaciones:

Eventos raros y únicos

La probabilidad de que una estrella sea lensada significativamente en un año dado es ~ 10⁻⁶. Por eso los surveys monitorean decenas de millones de estrellas continuamente para acumular eventos.

Distancia y oscuridad

Las lentes están típicamente a kpc — son tenues (mag > 18) y difíciles de caracterizar individualmente. La masa estelar suele ser un parámetro mal determinado.

Sin seguimiento

A diferencia de tránsito o RV, no podemos pedir tiempo en JWST para caracterizar atmósferas — la lente no es observable más tarde.

Sesgos estadísticos

Sensible a planetas en órbitas amplias proyectadas — no a periodos. La conversión a tasa de planetas por estrella requiere modelado del bulbo galáctico.

08 · Roman Space Telescope: el futuro

El Nancy Grace Roman Space Telescope (NASA, lanzamiento programado 2027) tiene la microlente como uno de sus tres pilares científicos:

• Campo de visión 100× mayor que Hubble.
• Monitorización del bulbo galáctico continuamente durante meses.
• Detección esperada de ~ 1.400 exoplanetas por microlente, incluyendo:
  • Planetas tipo Tierra en zona habitable.
  • Análogos de Júpiter, Saturno, Neptuno.
  • Cientos a miles de planetas errantes, completando el censo galáctico.

Roman complementará el catálogo de Kepler (planetas en órbitas cortas-medias en el vecindario solar) con un censo profundo y amplio del bulbo galáctico.

09 · Resultados notables

• OGLE 2003-BLG-235/MOA 2003-BLG-53 (2004): primer planeta detectado.
• OGLE-2005-BLG-390Lb (2006): super-Tierra de 5.5 M⊕ a 2.6 UA. La primera planet helada terrestre.
• OGLE-2006-BLG-109L (2008): análogo Júpiter/Saturno (sistema con dos planetas en órbitas similares a las solares).
• MOA-2007-BLG-192Lb (2008): planeta de masa terrestre alrededor de una enana marrón.
• OGLE-2016-BLG-1928 (2020): primer candidato a planeta errante terrestre.
• OGLE-2011-BLG-0462 (2022): primer agujero negro estelar aislado detectado por microlente — no un planeta, pero demostró el potencial astrométrico del método.

10 · Microlente y materia oscura

Aunque diseñados para buscar MACHOs como materia oscura, los surveys de microlente concluyeron que:

• Objetos compactos (BHs primordiales, MACHOs estelares) no explican la mayoría de la materia oscura — < 10% de la masa del halo.
• Pero los surveys siguen activos buscando agujeros negros primordiales en rangos de masa específicos no descartados (10⁻¹⁰ a 10⁻⁵ M☉).

Cuando una estrella distante se ilumina sin razón aparente, no está cambiando ella — es una geometría cósmica precisa que durante días alinea la luz a través de un sistema planetario invisible. Cada uno de esos eventos es una postal de un sistema planetario que probablemente nunca volveremos a observar — pero que durante esos días nos dejó leer su firma.