Científicos inventan un ‘Desiluminador’ para que las estrellas los ayuden a encontrar exoplanetas

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Por Supriya Chakrabarti, Professor de Física, University of Massachusetts Lowell

Quizás recuerdes la escena de apertura de Harry Potter y la piedra filosofal que tuvo lugar en Privet Drive. Un hombre barbudo sacó un misterioso dispositivo, llamado desiluminador, de su túnica oscura y una por una las luces de las farolas se encendieron.

Durante la última década o más, los muggles de todo el mundo, incluido yo, han estado ocupados diseñando y perfeccionando un dispositivo similar llamado coronógrafo. Bloquea la luz de las estrellas para que los científicos puedan tomar fotografías de los planetas que las orbitan: los exoplanetas.

Hace más de 500 años, el fraile italiano Giordano Bruno postuló que las estrellas en el cielo nocturno eran como nuestro Sol con planetas en órbita, algunas de las cuales probablemente albergaban vida. A partir de la década de 1990, utilizando observaciones terrestres y satelitales, los astrónomos han reunido evidencia de la existencia de miles de planetas extrasolares o exoplanetas. El descubrimiento de exoplanetas obtuvo el Premio Nobel de Física en el 2019.

El próximo hito importante en la investigación exoplanetaria es la obtención de imágenes y la caracterización de exoplanetas del tamaño de Júpiter en luz visible porque la obtención de imágenes de planetas del tamaño de la Tierra es mucho más difícil. Sin embargo, las imágenes de exo-Júpiter mostrarían que los astromómeros tienen todas las herramientas necesarias para obtener imágenes y caracterizar planetas del tamaño de la Tierra en las zonas habitables de las estrellas cercanas, donde podría existir vida. Actualmente, científicos e ingenieros de todo el mundo están diseñando misiones espaciales capaces de obtener imágenes de exo-Tierras en sus zonas habitables, como el Observatorio de Exoplanetas Habitables o HabEx y el Gran topógrafo UV / Óptico / IR o LUVOIR, y están al menos a una década de distancia.

En preparación para estas misiones de clase insignia, es fundamental que se desarrollen y validen tecnologías clave y herramientas de software. Un coronógrafo es esencial para todos estos esfuerzos de imagen.

Soy profesor de física y lidero un grupo de investigación que ha diseñado muchos experimentos que han volado en misiones de la NASA. Durante la última década más o menos, nuestro equipo ha estado desarrollando las tecnologías necesarias para obtener imágenes y caracterizar directamente los exoplanetas alrededor de las estrellas cercanas y probarlas a bordo de cohetes y globos antes de que puedan seleccionarse para el vuelo en las principales misiones espaciales.

Obteniendo imágenes de exoplanetas con luz visible
Aunque conocemos la existencia de más de 4 000 exoplanetas, la mayoría se detectaron utilizando métodos indirectos como la atenuación de la luz de la estrella madre cuando un planeta pasa al frente y bloquea parte de su luz, al igual que el reciente tránsito de Mercurio. Esta es la técnica empleada por las misiones Kepler y Transiting Exoplanet Survey Satellite o TESS. Los ganadores del Premio Nobel del 2019 usaron otro método indirecto, que se basa en la medición del movimiento minuto y periódico de las estrellas causado por los planetas que orbitan alrededor de ellas. Pero aún no se ha tomado una fotografía de un exoplaneta, con características similares a las de nuestro Sistema Solar.

Tomar imágenes de exoplanetas es difícil. Por ejemplo, incluso un planeta enorme como Júpiter es mil millones de veces más oscuro que el Sol. Y cuando se ve desde lejos, la Tierra es 10 veces más tenue que Júpiter. Pero la dificultad de obtener imágenes de exoplanetas no se debe a que son tenues: los telescopios grandes, incluido el telescopio espacial Hubble, han captado imágenes de objetos mucho más débiles.

El desafío de obtener imágenes de exoplanetas tiene que ver con tomar una fotografía de un objeto muy tenue que esté cerca de uno mucho más brillante. Dado que las estrellas y sus planetas están muy lejos, cuando se fotografían, aparecen como un punto brillante en el cielo, al igual que los faros de un automóvil se ven como una luz brillante desde la distancia. Entonces, el desafío de obtener imágenes incluso del exoplaneta más cercano es similar a una persona en California tomando una foto de una mosca a 10 pies de la luz brillante de un faro en Massachusetts.

Mi grupo de investigación recientemente realizó un experimento con un globo a gran altitud llamado Banco de pruebas del concepto de imágenes planetarias utilizando un experimento recuperable – Coronagraph (PICTURE-C) que probó la capacidad del coronógrafo para trabajar en el espacio para crear imágenes de exoplanetas y sus entornos.

Componentes clave del instrumento PICTURE-C
El coronógrafo de PICTURE-C crea eclipses artificiales para atenuar o eliminar la luz de las estrellas sin atenuar los planetas que iluminan las estrellas. Está diseñado para capturar tenues cinturones de asteroides como objetos muy cerca de la estrella central.

Si bien es necesario un coronógrafo para obtener imágenes directas de exoplanetas, nuestro dispositivo de 6 000 libras también incluye espejos deformables para corregir la forma de los espejos del telescopio que se distorsionan debido a cambios en la gravedad, fluctuaciones de temperatura y otras imperfecciones de fabricación.

Finalmente, todo el dispositivo debe mantenerse estable en el espacio durante períodos de tiempo relativamente largos. Una góndola especialmente diseñada por la NASA llamada Wallops Arc Second Pointer (WASP) llevó PICTURE-C y nos llevó a la mitad. Un sistema interno de estabilización de imagen diseñado por mis colegas proporcionó la «mano firme» necesaria.

El primer vuelo de PICTURE-C
Después de muchas pruebas para demostrar que todos los sistemas estaban listos para el vuelo, nuestro equipo lanzó PICTURE-C en la mañana del 29 de septiembre de 2019 desde Ft. Sumner, Nuevo México.

Después del vuelo de prueba de 20 horas que confirma que todos los sistemas funcionaron bien, PICTURE-C regresó a la Tierra usando su paracaídas para aterrizar suavemente. El experimento ha sido recuperado y devuelto a nuestro laboratorio. No se suponía que PICTURE-C descubriera ningún exoplaneta en su primera ejecución de prueba. Pero volará nuevamente en otro globo cuando fotografiará varias estrellas para explorar si alguno de ellos tiene cinturones de asteroides. Sería más fácil verlos, y si tenemos suerte, tomará una foto de un planeta del tamaño de Júpiter en septiembre del 2020.

This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article.

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